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CA 022~4266 1998-12-10
Antenne mull;t-é~uence réalisée selon la technique des
microrubans, et dispositif incluant cette antenne
La présente invention concerne les antennes réalisées selon la
technique des microrubans. Une telle antenne comporte une pastille qui est
typiquement constituée par gravure d'une couche métallique. Elle est appelée
en anglais par les spécialistes "microstrip patch antenna" pour "antenne à
pastille du type microruban".
La technique des microrubans est une technique planaire qui
s'applique à la fois à la réalisation de lignes transmettant des signaux et à celle
0 d'antennes réalisant un couplage entre de telles lignes et des ondes rayonnées.
Elle utilise des rubans et/ou pastilles conductrices formées sur la surface
supérieure d'un substrat diélectrique mince qui les sépare d'une couche de
masse conductrice s'étendant sur la surface inférieure de ce substrat. Une tellepastille est t,vpiquement plus large qu'un tel ruban et ses formes et dimensionsconstituent des caractéristiques importantes de l'antenne. La forme du substrat
est typiquement celle d'une feuille plane rectangulaire d'épaisseur constante.
Mais cela n'est nullement une obligation. En particulier il est connu qu'une
variation de l'épaisseur du substrat selon une loi exponentielle permet d'élargir
la bande passante d'une telle antenne et que la forme de la feuille peut
s'écarter d'un rectangle. Les lignes de champ électrique s'étendent entre le
ruban ou la pastille et la couche de masse en traversant le substrat. Cette
technique se distingue de diverses autres techniques utilisant elles aussi des
éléments conducteurs sur un substrat mince à savoir:
- celle des lignes triplaques qui est généralement connue sous
I'appellation anglaise "stripline" et dans laquelle un ruban est compris entre la
couche de masse inférieure et une couche de masse supérieure, cette dernière
devant dans le cas d'une antenne présenter une fente pour permettre un
couplage avec des ondes rayonnées,
- celle des lignes à fente dans laquelle le champ électrique s'établit
30 entre deux parties d'une couche conductrice formée sur la surface supérieure
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.
du substrat et séparées l'une de l'autre par une fente, cette dernière devant,
dans le cas d'une antenne, déboucher typiquement sur un évidement plus large
facilitant un couplage avec des ondes rayonnées, par exemple en formant une
structure résonante, et
s -celle des lignes coplanaires dans laquelle le champ électrique s'établit
sur la surface supérieure du substrat et d'une manière symétrique entre d'une
part un ruban conducteur central et d'autre part deux plages conductrices
situées de part et d'autre de ce ruban dont elles sont respectivement séparées
par deux fentes. Dans le cas d'une antenne, ce ruban se raccorde typiquement
0 à une pastille plus large pour former une structure résonante permettant un
couplage avec les ondes rayonnées.
En ce qui concerne la réalisation des antennes, I'exposé sera
parfois limité ci-après dans un but de simplification au seul cas d'une antenne
émettrice raccordée à un émetteur. Mais il doit être compris que les dispositions
décrites pourraient aussi s'appliquer au cas d'antennes réceptrices raccordées àun récepteur. Dans le même but il sera admis que le substrat présente la forme
d'une feuille horizontale.
D'une manière d'abord schématique, une distinction peut être
faite entre deux types fondamentaux de structures résonantes pouvant être
réalisées selon la technique des microrubans. Un premier type peut être appelé
"demi-onde". L'antenne est alors dite "demi-onde" ou "électrique". Etant admis
qu'une dimension de sa pastille constitue une longueur et s'étend selon une
direction dite longitudinale, cette longueur est sensiblement égale à la moitié de
la longueur d'onde d'une onde électromagnétique se propageant dans cette
2s direction dans la ligne constituée par la masse, le substrat et la pastille. Le
couplage avec les ondes rayonnées se fait aux extrémités de cette longueur, ces
extrémités étant situées dans les régions où l'amplitude du champ électrique
régnant dans le substrat est maximale.
Un deuxième type de structures résonantes pouvant être réalisées
selon cette même technique peut être appelé "quart d'onde". L'antenne est alors
.
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dite "quart d'onde" ou "magnétique". Elle diffère d'une antenne demi-onde d'une
part par le fait que sa pastille a une longueur sensiblement égale au quart de
la longueur d'onde, cette longueur de la pastille et cette longueur d'onde étantdéfinies comme ci-dessus, d'autre part par le fait qu'un court-circuit importants est réalisé à une extrémité de cette longueur entre la masse et la pastille de
manière à imposer une résonance du type quart d'onde dont un noeud de
champ électrique est fixé par ce court-circuit. Le couplage avec les ondes
rayonnées se fait à l'autre extrémité de cette longueur, cette autre extrémité
étant située dans la région où l'amplitude du champ électrique à travers le
o substrat est maximale.
Dans la pratique divers types de résonance peuvent s'établir dans
de telles antennes. Ces types dépendent notamment:
- de la configuration des pastilles, ces dernières pouvant notamment
présenter des fentes, éventuellement radiatives,
- de l'éventuelle présence et de la localisation de courts-circuits ainsi
que des modèles électriques représentatifs de ces courts-circuits, ces derniers
n'étant pas toujours assimilables, même approximativement, à des courts-
circuits parfaits dont les impédances seraient nulles,
-et des dispositifs de couplage qui ont été inclus dans ces antennes
20 pour permettre de coupler leurs structures résonantes à un organe de
traitement de signal tel qu'un émetteur, ainsi que de la localisation de ces
dispositifs.
De plus, pour une configuration d'antenne donnée, plusieurs
modes de résonance peuvent apparaître et permettre une utilisation de
2s l'antenne à plusieurs fréquences correspondant à ces modes.
Le couplage d'une telle antenne à un organe de traitement de signal
tel qu'un émetteur se fait typiquement par l'intermédiaire non seulement d'un
dispositif de couplage inclus dans cette antenne, mais aussi d'une ligne de
raccordement extérieure à cette antenne et raccordant le dispositif de couplage
30 à l'organe de traitement de signal. Si on considère une chaîne fonctionnelle
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globale incluant l'organe de traitement de signal, la ligne de raccordement, le
dispositif de couplage et la structure résonante, il convient que le dispositif de
couplage et la ligne de raccordement soient réalisés de manière que cette
chaîne présente une impédance uniforme sur toute sa longueur, ce qui évite
5 des réflexions parasites s'opposant à un bon couplage.
Dans le cas d'une antenne émettrice à structure résonante les
fonctions respectives du dispositif de couplage, de la ligne de raccordement et
de l'antenne sont les suivantes: la fonction de la ligne de raccordement est de
transporter un signal de radiofréquence ou d'hyperfréquence de l'émetteur
o jusqu'aux bornes de l'antenne. Tout au long d'une telle ligne le signal se
propage sous la forme d'une onde progressive sans subir, du moins en
principe, de modification notable de ses caractéristiques. La fonction du
dispositif de couplage est de transformer le signal fourni par la ligne de
raccordement de manière que ce signal excite une résonance de l'antenne, c'est
5 à dire que l'énergie de l'onde progressive portant ce signal soit transférée à une
onde stationnaire s'établissant dans l'antenne avec des caractéristiques définies
par cette dernière. Quant à l'antenne elle transfère l'énergie de cette onde
stationnaire à une onde rayonnée dans l'espace. Le signal fourni par l'émetteur
subit ainsi une première transformation pour passer de la forme d'une onde
20 progressive à celle d'une onde stationnaire, puis une deuxième transformation qui lui donne la forme d'une onde rayonnée. Dans le cas d'une antenne
réceptrice le signal prend les mêmes formes dans les mêmes organes mais les
transformations se font dans l'ordre et dans le sens inverses.
Les lignes de raccordement peuvent être réalisées selon une
2s technique autre que planaire, par exemple sous la forme de lignes coaxiales.
Des antennes réalisées selon les techniques planaires sont
incluses dans divers types d'appareils. Ces appareils sont notamment des
radiotéléphones portables, des stations de base pour ces derniers, des
automobiles et des avions ou des missiles aériens Dans le cas d'un
30 radiotéléphone portable le caractère continu de la couche de masse inférieure
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de cette antenne permet de limiter facilement la puissance de rayonnement
interceptée par le corps de l'utilisateur de l'appareil. Dans le cas des
automobiles et surtout dans celui des avions ou missiles dont la surface
extérieure est métallique et présente un profil incurvé permettant d'obtenir unes faible traînée aérodynamique, I'antenne peut être conformée à ce profil de
manière à ne pas faire apparaître de traînée aérodynamique supplémentaire
gênante.
La demande de brevet Européen EP O 749 176 décrit une antenne
réalisée selon la technique des microrubans, cette antenne comportant:
0 - un substrat diélectrique plan;
- un conducteur constituant un plan de masse, sur la surface inférieure
de ce substrat;
- trois zones conductrices s'étendant sur la surface supérieure du
substrat et ayant chacune une forme allongées donnant à l'antenne une forme
de double C ou chandelier à trois branches;
- un dispositif de couplage d'antenne commun à toutes les zones
conductrices .
- La zone située au milieu du chandelier a un noeud de champ
électrique fixé par une série de courts-circuits vers le plan de masse, cette série
de courts-circuits étant disposée tout le long de l'axe de symétrie de cette zone.
Les zones conductrices sont séparées l'une de l'autre par des fentes de
largeur relativement grande (0,7 cm pour une longueur d'onde de 3,3 cm), ce
qui permet de réaliser une antenne de taille plus petite que celle des antennes
connues, pour une longueur d'onde donnée. Cependant cette antenne ne peut
pas fonctionner convenablement sur plusieurs fréquences, par exemple dans un
radiotéléphone multibande.
La présente invention concerne plus particulièrement le cas où
une antenne de ce genre doit avoir les qualités suivantes:
-elle doit être multifréquence c'est à dire qu'elle doit pouvoir émettre
et/ou recevoir efficacement sur plusieurs fréquences de fonctionnement,
, ... ~ . . . . .
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-elle doit pouvoir être raccordée à un organe de traitement de signal à
l'aide d'une seule ligne de raccordement pour l'ensemble des fréquences de
fonctionnement,
-et il ne doit pas être nécessaire pour cela d'utiliser un multiplexeur ou
5 démultiplexeur en fréquence.
Plusieurs antennes connues sont réalisées selon la technique des
microrubans et ont les qualités ci-dessus . Elles vont être examinées:
Une première antenne connue est décrite dans le document de
brevet US-A- 4,766,440 (Gegan ). La pastille 10 de cette antenne présente une
0 fente incurvée en forme de U qui est continue et entièrement intérieure à cette
pastille. Cette fente est radiative et fait apparaître un mode de résonance
supplémentaire de l'antenne. Elle permet en outre, par un choix convenable de
sa forme et de ses dimensions, d'amener les fréquences des modes de
résonance à des valeurs souhaitées ce qui donne la possibilité d'associer deux
5 modes à polarisations linéaires croisées pour émettre une onde à polarisation
circulaire. La ligne d'alimentation se termine par un dispositif de couplage quiest une ligne réalisée selon la technique des microrubans telle que précisée ci-
- dessus mais dont il est aussi dit qu'elle est coplanaire, ceci parce que le
microruban s'étend dans le plan de la pastille et pénètre entre deux encoches
de cette dernière. Ce dispositif est muni de moyens de transformation
d'impédance pour l'adapter aux différentes impédances d'entrée respectivement
présentées par la ligne aux différentes fréquences de résonance utilisées
comme fréquences de fonctionnement.
Cette première antenne connue présente notamment les
inconvénients suivants:
-L'antenne étant du type demi-onde, sa dimension longitudinale peut
être gênante dans le cas où une miniaturisation est souhaitable.
-La nécessité de prévoir des moyens de transformation d'impédance
complique la réalisation.
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-L'ajustement précis des fréquences de résonance à des valeurs
souhaitées est difficile à réaliser.
Une deuxième antenne connue est décrite dans le document de
brevet US-A-4,692,769 (Gegan). Sa pastille présente une fente s'étendant selon
s un arc de cercle ou un segment de droite intérieur à la pastille. Cette fente fait
apparaître un mode de résonance supplémentaire. Les extrémités de la fente en
arc de cercle présentent des élargissements permenant de donner à
l'impédance d'entrée de l'antenne une même valeur pour les différentes
fréquences de fonctionnement. Cette deuxième antenne connue présente
o notamment les inconvénients suivants:
-L'inconvénient ci-dessus lié au type demi-onde.
-Les polarisations des ondes émises aux deux fréquences de résonance
de l'antenne sont nécessairement croisées, ce qui peut compliquer la réalisationde certains systèmes de télécommunication utilisant cette antenne.
Une troisième antenne connue est décrite dans le document de
brevet US-A-4,771,291 (LO et al). Sa pastille comporte des fentes s'étendant
selon des segments de droite respectifs intérieurs à la pastille. Ces fentes
- permettent de diminuer l'écart entre les deux fréquences de fonctionnement.
Des courts-circuits ponctuels permettent eux aussi de diminuer cet écart. Ils sont
20 constitués par des conducteurs traversant le substrat.
Cette troisième antenne connue présente notamment les
inconvénients suivants:
-L'inconvénient ci-dessus lié au type demi-onde.
-L'incorporation des courts-circuits ponctuels complique la réalisation
25 de l'antenne.
-ll en est de même de l'alimentation de l'antenne par une ligne
coaxiale.
La présente invention a notamment les buts suivants:
-limiter les dimensions d'une antenne multifréquence,
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-permettre un ajustement facile et précis des fréquences de
fonctionnement de cette antenne, et
-permettre d'utiliser un dispositif de couplage unique et facilement
adaptable en impédance pour plusieurs fréquences de travail.
Et dans ces buts elle a notamment pour objet une antenne
multifréquence réalisée selon la technique des microrubans, cette antenne
comporta nt:
- un substrat diélectrique plan;
- un conducteur constituant un plan de masse, sur la surface inférieure
0 (S 1 ) de ce substrat;
- plusieurs zones conductrices s'étendant sur la surface supérieure du
substrat et ayant chacune une forme allongées donnant à l'antenne une forme
en chandelier;
- un dispositif de couplage d'antenne commun à toutes les zones
conductrices;
et étant caractérisée en ce que ces zones conductrices sont séparées
l'une de l'autre par des fentes de largeurs très inférieures aux longueurs d'onde
d'utilisation de l'antenne;
en ce que ces zones conductrices sont suffisamment découplées
mutuellement pour permettre à diverses résonances de s'établir, respec-
tivement, dans diverses aires formées par ces zones, ces résonances étant au
moins approximativement du type quart d'onde;
et en ce que chacune de ces zones a un noeud de champ électrique
fixé par au moins un court-circuit vers le plan de masse, et que ce court-circuit
est situé au voisinage de la base du chandelier.
Divers aspects de la présente invention seront mieux compris avec
l'aide de la description ci-après et des figures schématiques ci-jointes.
Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs de ces figures il y est
désigné par les mêmes chiffres et/ou lettres de référence.
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La figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif de
communication incluant une première antenne réalisée selon cette invention.
La figure 2 représente une vue de dessus de l'antenne de la
figure 1.
s La figure 3 représente une vue de face de cette même antenne.
La figure 4 représente un diagramme de la variation d'un
coefficient de réflexion en décibels en entrée de cette même antenne en
fonction de la fréquence exprimée en MHz.
La figure 5 représente une vue de dessus d'une deuxième antenne
0 réalisée selon cette invention.
La première antenne selon la présente invention comporte tout
d'abord une structure résonante qui comporte elle même les éléments suivants:
- Un substrat diélectrique 2 présentant deux surfaces principales
mutuellement opposées s'étendant selon des directions définies dans cette
antenne et constituant des directions horizontales DL et DT, ces directions
pouvant dépendre de la zone considérée de l'antenne. Ce substrat peut
présenter des formes diverses comme précédemment exposé. Ses deux surfaces
principales constituent respectivement une surface inférieure Sl et une surface
supérieure S2. Une autre direction est également définie dans cette antenne.
Elle forme un angle avec chacune de ces directions horizontales et constitue
une direction verticale DV. L'angle formé est typiquement un angle droit. Mais
cette direction verticale peut aussi faire des angles différents avec ces directions
horizontales et elle peut elle aussi dépendre de la zone considérée. Le substratprésente plusieurs surfaces de tranches, telles que la surface S3, qui relient
chacune un bord de la surface inférieure à un bord correspondant de la
surface supérieure et qui contiennent cette direction verticale.
- Une couche conductrice inférieure s'étendant sur cette surface
inférieure et constituant une masse 4 de cette antenne.
- Une couche conductrice supérieure s'étendant sur une aire de cette
surface supérieure au dessus de la masse 4 de manière à constituer une pastille
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6 du type désigné mondialement par le mot anglais patch. Cette pastille a une
configuration spécifique à cette antenne. Elle a aussi une longueur et une
largeur s'étendant selon deux dites directions horizontales constituant une
direction longitudinale DL et une direction transversale DT, respectivement,
5 cette dernière direction étant parallèle à la surface de tranche S3. Quoique les
mots longueur et largeur s'appliquent usuellement aux deux dimensions
mutuellement perpendiculaires d'un objet rectangulaire, la longueur étant plus
grande que la largeur, il doit être compris que la pastille 6 pourrait s'écarterd'une telle forme sans sortir du cadre de cette invention. Plus particulièremento les directions DL et DT peuvent former un angle différent de 90 degrés, les
bords de cette pastille peuvent ne pas être rectilignes et sa dite longueur peutêtre plus courte que sa dite largeur. L'un de ces bords se situe à l'intersection de
la surface supérieure S2 et de la surface de tranche S3. Il s'étend donc selon la
direction transversale DT. Il constitue un bord arrière 10 et définit selon la
5 direction longitudinale DL un sens vers l'arrière DB dirigé vers ce bord arrière et
un sens vers l'avant DF opposé à ce sens vers l'arrière. Par ailleurs la
configuration de la pastille 6 forme au moins une fente F1 à l'intérieur de cette
- pastille. La présence de cette fente fait apparaître au moins une résonance
supplémentaire dans un groupe de résonances de cette antenne. Ce groupe
20 inclut plusieurs résonances correspondant respectivement à plusieurs modes defonctionnement et à plusieurs fréquences de fonctionnement de cette antenne.
Il peut aussi inclure des résonances non exploitées pour l'utilisation de
l'antenne.
- Enfin un court circuit C2 raccordant électriquement la pastille 6 à la
25 masse 4. Ce court-circuit est formé dans la surface de tranche S3 qui est
typiquement plane et constitue alors un plan de court-circuit. Il impose à des
résonances de l'antenne d'être au moins approximativement du type quart
d'onde .
L'antenne comporte de plus un dispositif de couplage présentant
30 plus particulièrement la forme d'une ligne de couplage. Ce dispositif comporte
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d'une part un conducteur principal constitué de deux tronçons Cl et C3 et
raccordé à la pastille 6 en un point de raccordement interne 18. Il comporte
d'autre part un conducteur de masse également composite qui coopère avec ce
conducteur principal et qui sera décrit plus loin. Il constitue tout ou partie d'un
5 ensemble de raccordement qui raccorde la structure résonante de l'antenne à
un organe de traitement de signal 8, par exemple pour exciter une ou plusieurs
résonances de l'antenne à partir de cet organe dans le cas où il s'agit d'une
antenne émettrice. En plus de ce dispositif l'ensemble de raccordement
comporte, typiquement, une ligne de raccordement telle que C4, C5, qui est
0 externe à l'antenne et qui comporte deux conducteurs. A une extrémité de cetteligne du côté de l'antenne, ces deux conducteurs sont connectés respectivement
à deux conducteurs de raccordement qui appartiennent au dispositif de
couplage et qui, peuvent être considérées comme constituant deux bornes de
l'antenne. A l'autre extrémité de cette ligne, les deux conducteurs de cette
5 dernière sont connectés respectivement à deux bornes de l'organe de traitementde signal. Cette ligne peut notamment être du type coaxial, du type à
microruban ou du type coplanaire. Dans le cas où l'antenne considérée
- constitue une antenne réceptrice, ce même ensemble transmet les signaux reçus
par cette antenne à l'organe de traitement de signal. Les divers éléments de cetensemble ont les fonctions respectives précédemment définies.
L'organe de traitement de signal est apte à fonctionner à celles
des fréquences de résonance qui constituent des dites fréquences de
fonctionnement de l'antenne. Il peut être composite et comporter alors un
élément accordé de manière permanente sur chacune de ces fréquences de
fonctionnement. Il peut aussi comporter un élément accordable.
La présente invention a également pour objet un dispositif de
communication incluant une antenne selon cette invention et un dit organe de
traitement de signal raccordé à cette antenne par un dit ensemble de
raccordement.
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L'antenne donnée en exemple est une antenne bi-fréquence, c'est
à dire qu'elle doit pouvoir donner lieu à au moins deux résonances de manière
à fonctionner selon deux modes correspondant à deux fréquences de
fonctionnement. Dans ce but une fente est formée dans la pastille 6 et
s débouche vers l'avant à l'extérieur de cette dernière. Elle constitue une fente
séparatrice longitudinale Fl. L'étendue longitudinale occupée par cette fente
définit dans cette pastille une région avant Z2, Zl, Z12, la fente elle-même
séparant dans cette région une zone primaire Zl d'une zone secondaire Z2.
Une région arrière ZA s'étend entre cette région avant et le bord arrière 10. Deo préférence cette région arrière est plus courte et de préférence encore
beaucoup plus courte selon la direction longitudinale DL que cette région
avant.
Le point de raccordement interne 18 est extérieur à la zone
secondaire et il est de préférence situé dans la zone primaire Zl. Un dit mode
5 de fonctionnement constitue alors un mode primaire dans lequel une onde
stationnaire s'établit grâce à une propagation d'ondes progressives dans les
deux sens de cette direction longitudinale ou d'une direction voisine de cette
dernière, ces ondes se propageant dans une aire incluant cette zone primaire et
cette région arrière en excluant sensiblement la zone secondaire Z2. Un autre
mode de fonctionnement constitue un mode secondaire dans lequel une onde
stationnaire s'établit grâce à une propagation d'ondes progressives dans les
deux mêmes sens, ces ondes se propageant dans une autre aire incluant les
zones primaire et secondaire et la région arrière.
Dans le cadre de cette disposition la région arrière ZA a une
première fonction qui est de coupler la zone secondaire à la zone primaire
pour permettre l'établissement du mode secondaire. Elle a une seconde
fonction qui est de permettre au court-circuit présent sur le bord arrière de
jouer son rôle dans chacune de ces deux zones. L'antenne est alors, au moins
approximativement, pour chaque fréquence de fonctionnement, du type quart
30 d'onde.
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Les configurations de la pastille et du dispositif de couplage et
plus particulièrement la position longitudinale du point de raccordement interne18 sont choisies de manière à faire apparaître une valeur souhaitée
prédéterminée de l'impédance présentée par l'antenne pour l'organe de
traitement de signal ou plus typiquement pour une ligne de raccordement
reliant cet organe à ce dispositif. Cette impédance sera appelée ci-après
impédance de l'antenne. Dans le cas d'une antenne émettrice elle est
usuellement appelée impédance d'entrée. Sa valeur souhaitée est
avantageusement égale à l'impédance de la ligne de raccordement. C'est
0 pourquoi, de préférence, la position du point de raccordement donne à
l'impédance de l'antenne sensiblement une même valeur pour les diverses
fréquences de fonctionnement.
Il est généralement utile que les fréquences de fonctionnement
aient des valeurs souhaitées prédéterminées. Ces valeurs peuvent être
avantageusement obtenues par un choix convenable des dimensions
longitudinales respectives des zones primaire Zl et secondaire Z2. C'est
pourquoi, dans le cadre de la présente invention, ces deux dimensions sont
t,vpiquement différentes. Il en résulte que le bord avant de la pastille s'écarte
alors nécessairement d'une ligne droite transversale.
Dans le cas plus particulièrement décrit la configuration de la
pastille 6 forme de préférence en outre une fente s'étendant selon la direction
transversale DT. Cette fente constitue une fente séparatrice transversale F2
séparant partiellement cette zone primaire de la région arrière ZA. De
préférence elle se raccorde à l'extrémité arrière de la fente séparatrice
longitudinale F 1 .
La configuration de la pastille 6 forme encore avantageusement
au moins une fente F3 s'étendant dans la zone primaire Zl selon la direction
longitudinale DL. De préférence cette fente s'étend vers l'avant à partir de la
fente séparatrice transversale F2. Elle peut être appelée fente d'abaissement defréquence car son rôle est d'abaisser les fréquences de fonctionnement dans
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une mesure croissant avec sa longueur. Elle permet ainsi non seulement de
limiter la longueur de la pastille nécessaire pour obtenir des valeurs souhaitées
prédéterminées des fréquences de fonctionnement, mais aussi d'ajuster ces
fréquences grâce à un réglage convenable de la longueur de cette fente.
De préférence l'antenne présente un plan de symétrie s'étendant
selon les directions longitudinale DL et verticale DV, la trace de ce plan dans la
surface supérieure du substrat constituant un axe de symétrie A pour la pastille6. Lorsque deux éléments sont symétriques l'un de l'autre par rapport à l'axe ouau plan de symétrie le nombre inclus dans les signes de référence de celui qui
0 est à droite sur les figures est égal au nombre correspondant de celui de
gauche augmenté de 10. Le dispositif de couplage et la zone primaire Zl
s'étendent au voisinage de l'axe A et la configuration de la pastille forme deuxdites fentes séparatrices longitudinales Fl, Fl 1 de part et d'autre de cette zone
primaire. La zone secondaire comporte alors deux parties Z2, Zl 2 situées
respectivement au delà de ces deux fentes.
Dans ces conditions l'ensemble des fentes séparatrices Fl, F2,
Fll, F12 présente la forme d'un U. Les branches et la base de ce U sont
- respectivement longitudinales et transversale. Cette base présente un intervalle
axial 20 s'étendant de part et d'autre de l'axe pour connecter la zone primaire
Zl au court-circuit C2, C12 par l'intermédiaire d'une partie axiale de la régionarrière ZA.
Selon une disposition avantageuse la ligne de couplage qui
constitue le dispositif de couplage de l'antenne comporte un conducteur
appartenant à la couche conductrice supérieure. Plus précisément un tronc,on
Cl du dit conducteur principal pénètre selon la direction longitudinale DL dans
l'aire de la pastille 6. Il s'étend entre une extrémité arrière voisine du bord
arrière 10 et une extrémité avant constituant le point de raccordement interne
18. Ce tronc,on de conducteur principal présente la forme d'un ruban et peut
être appelé ruban de couplage horizontal. Comme connu en soi ce ruban est
limité latéralement par deux encoches. Mais, dans l'antenne de la présente
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invention, ces deux encoches sont suffisamment étroites selon la direction DT etsuffisamment longues selon la direction DL pour pouvoir être respectivement
considérées comme deux fentes longitudinales F4 et F14. Ces deux fentes
séparent ce ruban de la pastille 6 et seront appelées ci-après fentes de
s couplage. Le choix de leur largeur tient au fait que les paramètres de la ligne
dont ce ruban de couplage constitue le conducteur principal peuvent
avantageusement être déterminés en concevant cette ligne comme une ligne
coplanaire apte à exciter l'antenne d'une manière distribuée selon la longueur
de cette ligne plutôt que comme une ligne du type microruban destinée à
0 exciter l'antenne seulement à l'extrémité de cette ligne, le conducteur de masse
de cette ligne coplanaire étant alors principalement constitué à la manière
d'une ligne coplanaire par les parties de la pastille situées latéralement de part
et d'autre de ce ruban au delà des deux fentes F4 et F14 et non par la masse
de l'antenne comme dans une ligne à microruban. Cette ligne sera appelée ci-
après ligne coplanaire horizontale.
Elle permettrait de coupler l'antenne par l'intermédiaire d'un signal
électromagnétique appliqué ou recueilli par la ligne de raccordement externe à
- I'extrémité arrière de cette ligne coplanaire horizontale entre deux bornes
communes à cette ligne coplanaire horizontale et à l'antenne, ces deux bornes
étant respectivement constituées par ce conducteur de masse de cette ligne et
l'extrémité arrière de ce ruban. Mais, au moins dans le cas d'appareils tels quecertains radiotéléphones, la réalisation de la connexion entre le dispositif de
couplage et cette ligne externe par l'intermédiaire de tels conducteurs situés
dans le plan de la pastille compliquerait la fabrication de ces appareils.
2s Plus particulièrement la ligne coplanaire horizontale en question
s'étend selon l'axe A. Elle passe dans l'intervalle axial 20 de la base du U, cet
intervalle étant délimité par les deux fentes de couplage F4 et F14. Comme
précédemment indiqué la position de l'extrémité avant 18 de son conducteur
principal est déterminée pour donner une valeur souhaitée à l'impédance de
I'antenne. Mais cette impédance dépend aussi d'autres paramètres tels que les
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16
largeurs du ruban de couplage Cl et des fentes de couplage, ainsi que de la
nature du substrat.
Selon une autre disposition avantageuse, ledit court-circuit est un
court-circuit composite comportant deux conducteurs de court-circuit C2 et
C l 2. Ces deux conducteurs s'étendent selon la direction verticale DV en laissant
entre eux un intervalle libre. Chacun d'eux raccorde la masse 4 de l'antenne à
la pastille 6.
La ligne de couplage d'antenne comporte en outre des conducteurs
de raccordement qui sont formés sur la surface de tranche S3 et qui peuvent
0 former une ligne coplanaire verticale. Une telle ligne est plus particulièrement
constituée par les conducteurs suivants:
-Un conducteur principal C3 s'étendant selon la direction verticale DV
entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure dans l'intervalle laissé
entre les deux conducteurs de court-circuit. Cette extrémité supérieure se
raccorde à l'extrémité arrière du conducteur principal Cl de la ligne coplanairehorizontale. Ce conducteur principal de la ligne coplanaire verticale constitue
en même temps ledit premier conducteur de raccordement, une première
borne de l'antenne et un troncon vertical du conducteur principal de la ligne decouplage.
-Et deux dits conducteurs de masse de cette ligne coopérant avec le
conducteur C3 et constitués par les deux conducteurs de court-circuit C2 et
C 12 . Ces deux conducteurs de court-circuit constituent en même temps
conjointement une deuxième borne de l'antenne.
Dans le cas d'un appareil de dimensions limitées, le fait que ces
conducteurs de raccordement soient formés sur la surface de tranche S3 facilite
sensiblement la réalisation d'un raccordement entre d'une part le dispositif de
couplage appartenant à l'antenne formée en surface de l'appareil et d'autre
part, une ligne de raccordement reliant ce dispositif à un organe de traitement
de signal. Si cet organe est situé à l'intérieur de cet appareil, cette ligne peut
prendre la forme d'une ligne coaxiale qui, au voisinage de l'antenne, est
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perpendiculaire au plan de celle-ci. Dans d'autres cas cette disposition des
conducteurs de raccordement facilite le raccordement de l'antenne à des
conducteurs portés par une carte-mère sur une face de laquelle le substrat de
l'antenne a été préalablement fixé, la ligne de raccordement étant alors
s typiquement, au moins au voisinage de l'antenne, parallèle à la direction
longitudinale de celle-ci. Par ailleurs la réalisation de tels conducteurs de
raccordement aptes à former des bornes de l'antenne sur la surface de tranche
du substrat ne complique la fabrication de l'antenne que d'une manière
négligeable. En effet d'une part la réalisation des conducteurs de court-circuit0 est nécessaire pour que l'antenne fabriquée soit du type quart d'onde. D'autre
part le premier conducteur de raccordement peut être réalisé par un processus
au moins analogue à celui de la réalisation des conducteurs de court-circuit et,dans la plupart des cas, au cours d'une même étape de fabrication.
Plus particulièrement, selon une disposition avantageuse propre à
la première antenne donnée en exemple, I'ensemble des conducteurs de
raccordement du dispositif de couplage est réalisé collectivement par les étapessuivantes:
- - Formation d'une couche conductrice verticale sur la surface de
tranche S3, et
- gravure de cette couche pour réaliser à la fois les deux conducteurs
de court-circuit C2 et C12 et le premier conducteur de raccordement C3. Ces
conducteurs constituent alors respectivement deux bandes de court-circuit et un
ruban de couplage vertical.
De préférence les conducteurs de raccordement occupent
seulement une fraction du bord arrière 10. Dans l'antenne donnée en exemple
il s'agit sensiblement de la même fraction que celle de la zone primaire Zl .
De préférence les largeurs des rubans de couplage et des fentes
telles que les fentes de couplage situées de part et d'autre de ces rubans sont
choisies de manière à donner une impédance uniforme et convenable, qui est
typiquement de 50 ohms, à la ligne de couplage constituée par les lignes
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coplanaires verticale et horizontale. L'impédance de l'antenne est par ailleurs
a justée par le choix de la position du point de raccordement interne l 8.
Dans le mode de réalisation donné en exemple la ligne de
raccordement externe à l'antenne est une ligne coaxiale. Elle comporte un
conducteur axial C4. A une première extrémité de ia ligne ce conducteur axial
est raccordé au conducteur C3. A l'autre extrémité de la ligne il est raccordé àune première borne de l'organe de traitement de signal 8. Sur la longueur de
la ligne il est entouré par une gaine conductrice C5. A la première extrémité dela ligne cette gaine est raccordée à la fois aux deux conducteurs de court-circuit
0 C2 et C12. A l'autre extrémité de la ligne elle est raccordée à l'autre borne de
l'organe de traitement de signal 8 qui est constitué par exemple par un
émetteur 8.
Dans le cadre d'un mode de réalisation d'une antenne émettrice
selon cette invention, diverses compositions et valeurs vont être indiquées ci-
après à titre d'exemple chiffré. Les longueurs et largeurs sont respectivement
indiquées selon les directions longitudinale DL et transversale DT.
fréquence de fonctionnement primaire 940 MHz,
- fréquence de fonctionnement secondaire 870 MHz,
- impédance d'entrée: 50 Ohms,
- composition et épaisseur du substrat: résine époxy ayant une
permittivité relative er = 4,3 et un facteur de dissipation tg d =0,02, épaisseur
l,6 mm,
- composition et épaisseur des couches conductrices :cuivre, l 7
m icrons,
- longueur de la zone primaire Zl: 26 mm,
- largeur de la zone Zl: 29 mm,
- longueur des zones secondaires Z2 et Zl 2: 30 mm,
- largeur de chacune de ces zones: 5,5 mm,
- longueur de la région arrière Z3: 2,5 mm,
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- longueur du conducteur Cl de la ligne coplanaire horizontale: 25
mm,
- largeur du conducteur Cl et du conducteur principal C3 de la ligne
coplanaire verticale: 2, 1 mm,
- hauteur du conducteur C3: 0,8 mm,
- largeur commune à toutes les fentes, cette largeur étant indiquée
selon la direction horizontale pour les fentes transversales F2 et Fl 2 :0,5 mm,- longueur des fentes d'abaissement de fréquence F3 et Fl 3: 5 mm,
- largeur de l'intervalle axial 20: 7 mm,
0 - largeur de chacun des conducteurs de court-circuit C2 et C12:
5mm.
La deuxième antenne donnée en exemple de mise en oeuvre de
la présente invention est représentée à la figure 5 et est de manière générale
analogue à la première antenne précédemment décrite. Lorsqu'un élément de
15 cette deuxième antenne a les mêmes fonctions qu'un élément de cette première
antenne, il est désigné par les mêmes lettres et/ou chiffres de référence, sauf
que les nombres formés par ces chiffres sont augmentés de cent, la zone
primaire Z101 de cette deuxième antenne étant par exemple analogue à la
zone primaire Zl de la première antenne. Cette deuxième antenne diffère de la
20 première antenne sur les points suivants:
Tout d'abord elle est réalisée dans le cas où trois fréquences de
fonctionnement sont nécessaires. La pastille 106 comporte alors, en outre, deux
zones tertiaires mutuellement symétriques. Une première fente F101 en forme
de U sépare partiellement la zone primaire Z101 des deux zones secondaires
25 Zl 02 et Z 1 1 2 . Elle est englobée dans une deuxième fente F 1 05 de même
forme séparant de même les zones secondaires des zones tertiaires Z103 et
Z1 1 3.
Ensuite le court-circuit est constitué par un conducteur unique
C102 s'étendant sur toute la largeur de la pastille 106 et le couplage entre les30 zones primaires, secondaires et tertiaires est réalisé dans la région arrière ZA
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grâce à l'intervalle axial 120. Enfin le couplage de l'antenne est réalisé à partir
d'une ligne coaxiale verticale. Un tronçon terminal du conducteur axial C104
de cette ligne traverse le substrat 102 et est soudé à la pastille 106 dans la
zone primaire Z101. Il constitue ainsi le dispositif de couplage de l'antenne. La
gaine conductrice C105 de cette ligne est soudée à la masse non représentée
de l'antenne, cette masse étant constituée par une couche conductrice continue
non représentée couvrant la surface inférieure du substrat 102. La partie de
cette ligne coaxiale s'étendant au dessous de l'antenne constitue la ligne de
raccordement de celle-ci.
0 ll doit être compris que le nombre des fréquences de
fonctionnement d'une antenne réalisée selon la présente invention peut être
supérieur à trois, la pastille d'une telle antenne comportant alors, par exemple,
dans le cas de quatre fréquences, une zone primaire, deux zones secondaires,
deux zones tertiaires et deux zones quaternaires.
Par ailleurs les configurations de la pastille et du court-circuit ne
sont pas nécessairement symétriques.
