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Antenne à empilement de structures r cnnantA et disr~ositif de
radiocommunication multifréauence incluant cette antenrnP
Cette invention concerne le domaine des communications radio. Dans
les dispositifs utilisés dans ce domaine, elle concerne plus spécialement les
antennes et plus spécialement encore celles de ces dernières qui sont
réalisées
selon des techniques planaires. De telles antennes sont incluses dans divers
types d'appareils tels que des radiotéléphones portables, des stations de base
pour ces derniers, des automobiles et des avions ou des missiles. Dans le cas
d'un radiotéléphone portable le caractère continu de la couche de masse
incluse dans une telle 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 des missiles dont la
surface extérieure est métallique et présente un profil incurvé permettant de
limiter la traînée aérodynamique, une telle antenne peut être conformée à ce
profil de manière à ne pas faire apparaître de traînée aérodynamique
supplémentaire gênante.
Dans de telles applications l'antenne doit avoir un encombrement limité
et il est souvent souhaité qu'elle puisse être néanmoins utilisée sur
plusieurs
fréquences de travail situées dans le domaine des radiofréquences et des
hypertréquences. Ces fréquences peuvent ëtre proches les unes des autres,
l'une étant par exemple utilisée en émission et l'autre en réception.
L'utilisation
de deux telles fréquences est alors permise par le fait que l'antenne possède
une bande passante incluant ces deux fréquences et toutes les fréquences
intermédiaires. II est cependant souvent souhaité, notamment dans le cas des
téléphones portables, que l'antenne possède deux telles bandes passantes.
Ces deux bandes sont alors séparées. Le rapport entre leurs fréquences
centrales est notamment égal à deux dans le cas de dispositifs de
communication bi-bande tels que ceux qui utilisent les systèmes connus GSM
900 et GSM 1800 dont les bandes sont situées autour de 900 et 1800 MHz.
Les antennes concernées par cette invention sont notamment des
antennes d'un type dit ci-après « à pastille » connu en anglais sous le nom
« microstrip patch antenna », c'est à dire qu'elles sont réalisées selon une
technique dite des microrubans dans laquelle le champ électrique d'une onde
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progressive s'établit dans un substrat diélectrique entre une couche
conductrice
appelée masse et une autre couche conductrice appelée pastille.
Les fréquences de fonctionnement d'une telle antenne sont définies par
une ou plusieurs structures résonantes qu'elle inclut. 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". La structure est
alors dite "demi-onde". 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 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 structure résonante pouvant être réalisée selon
cette même technique peut ëtre appelé "quart d'onde". La structure est alors
dite "quart d'onde". Elle diffère d'une structure 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 étant définies
comme ci-dessus, d'autre part par le fait qu'un court-circuit important 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 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
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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 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 l'antenne à
plusieurs fréquences correspondant à ces modes.
Cette invention concerne plus particulièrement des antennes dites « à
empilement » dans lesquelles l'association de plusieurs structures résonantes
au sein d'une même antenne est obtenue par la superposition de ces
structures, de sorte que ces dernières occupent alors des volumes différents.
Une première et une deuxième antennes connues comportent chacune,
de bas en haut, l'empilement d'une couche conductrice de masse, d'une
couche diélectrique inférieure, d'une couche conductrice qui peut être dite «
de
couplage », d'une couche diélectrique supérieure, et d'une couche conductrice
supérieure.
Cette première antenne connue est décrite dans un article
« Broadband stacked shorted patch », R.B. Waterhouse, Electronics Letters,
2151 January 1999 vol 35, n° 2, pp 98, 99. Elle inclut des conducteurs
de court
circuit qui permettent. de limiter fortement la longueur de chacune des deux
structures résonantes superposées. '
Lâ deuxième antenne connue est décrite dans un article « Thin dual
resonant stacked shorted patch antenna for mobile communications », J.
Ollikainen, M. Fisher and P. Vainikainen, Electronics Letters 18t" March 1999,
Vol . 35, N° 6, pp 437, 438. Chacune de ses deux structures résonantes
est du
type quart d'onde
Chacune de ces deux antennes connues est alimentée, c'est à dire
couplée à un organe de traitement de signal tel qu'un émetteur ou un
récepteur,
par l'intermédiaire d'une ligne coaxiale dont la masse et le conducteur axial
sont
respectivement connectés à la couche de masse et à la couche de couplage
de l'antenne. Le choix de la position du point de connexion entre ce
conducteur
axial et cette couche de couplage est critique, ce qui entraîne un coût de
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fabrication élevé. De plus, malgré la présence de deux structures résonantes
partiellement séparées, un couplage semble nécessaire entre ces deux
structures et il n'apparaît pas qu'un tel couplage permette à ces structures
d'avoir deux bandes passantes aussi éloignées l'une de l'autre que cela est
souvent souhaité. II n'apparaît notamment pas que le rapport des fréquences
centrales de ces deux bandes puisse aisément atteindre deux. .
Une troisième antenne connue est décrite dans un article « Broadband
CPW fed stacked patch antenna », W.S.T. Rowe and R.B. Waterhouse,
Electronics Letters 29~" April 1999 Vol . 35, N° 9 pp 681-682. Elle
comporte
notamment, de bas en haut, une couche de masse incluant une ligne
d'alimentation coplanaire, une couche diélectrique, une pastille, deux couches
diélectriques, une pastille, et une couche diélectrique. Ces couches forment
deux structures résonantes superposées. Comme dans la prerüière et la
deuxième antennes connues, un couplage semble nécessaire entre ces deux
structures et s'oppose à l'obtention de deux bandes passantes aussi éloignée
que cela est souhaité. .
Contrairement aux précédentes les structures résonantes d'une
quatrième antenne connue ne sont pas du type à pastille. Cette antenne est
décrite dans un article ~« Stacked Dielectric Antenna for Multifrequency
~ Operation », A. Sangiovanni ; J.Y. Dauvignac ; Ch. Pichot, Microwave &
Optical Technology Letters Vol. 18, N° 4, July 1998 ; pp 303-306. Elle
associe
trois structures résonantes qui sont du type dit diélectrique, c'est à dire
qu'elles sont constituées chacune par un bloc diélectrique de permittivité et
de
dimensions convenables. L'encombrement de cette quatrième antenne
connue ne semble pas pouvoir ëtre aussi petit que cela est souvent souhaité.
Pour la réalisation d'une antenne électromagnétique, la présente
invention vise notamment les buts suivants
-un petit encombrement,
-une largeur suffisante de bande passante,
-la présence de deux bandes passantes mutuellement séparées,
-un rapport élevé entre les fréquences centrales ~ de ces deux bandes,
notamment un tel rapport voisin de deux, et
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-un petit coût de fabrication et plus particulièrement la possibilité
d'ajuster
chacune de ces deux fréquences centrales sans affecter sensiblement l'autre.
Et dans ces buts elle a notamment pour objet une antenne à
empilement de structures résonantes, cette antenne incluant
5 - deux structures résonantes formées en regard mutuel de part et d'autre
d'un
plan occupé par une couche conductrice constituant une couche de couplage,
ces deux structures ayant respectivement deux fréquences de résonance, un
rapport de fréquences étant défini entre ces deux fréquences, et
- un dispositif de couplage interne incluant au moins une fente formée dans
cette couche de couplage pour permettre un couplage de ces deux structures
résonantes à un organe de traitement externe à cette antenne,
cette antenne étant caractérisée par le fait que les deux dites structures
résonantes sont suffisamment découplées l'une de l'autre par ladite couche de
couplage pour que le couplage de chacune de ces deux structures au dit
organe de traitement par l'intermédiaire du dit dispositif de couplage interne
soit sensiblement indépendant de l'autre de ces deux structures, ledit rapport
de fréquences s'écartant sensiblement d'une valeur qui serait imposée à ce
rapport par un couplage entre ces deux structures.
Le couplage ou le découplage mutuel des deux structures résonantes
influe sur les valeurs possibles du rapport des fréquences de résonance
effectives de ces deux structures. Le découplage réalisé selon cette invention
a pour effet qu'une fréquence de résonance utile de chaque structure est
pratiquement déterminée par les caractéristiques géométriques et
électromagnétiques de cette seule structure, et que cette fréquence peut donc
être choisie d'une manière relâtivement libre grâce à un choix adéquat de ces
caractéristiques. Le rapport entre les fréquences de résonance effectives des
deux structures peut alors être choisi librement. Au côntraire, dans les
antennes connues à empilement de structures résonantes, un fort couplage
apparaissait devoir être réalisé entre deux structures pour permettre à l'une
de
ces structures d'être couplée à l'organe de traitement externe par
l'intermédiaire de l'autre, qui était la seule à être considérée comme étant
utilement couplée à cet organe. Ce fort couplage créait des limites pour le
rapport des fréquences de résonance de ces structures.
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Selon cette invention le rapport des fréquences de résonance propres aux
deux structures résonantes s'écarte sensiblement des valeurs qui seraient
pratiquement compatibles, du point de vue du fonctionnement de l'antenne,
avec un fort couplage entre ces structures.
Dans le cas décrit ci-après où les deux structures résonantes sont d'un
même type tel que le type quart d'onde, ceci entraïne que le rapport de ces
deux fréquences s'écarte plus fortement de l'unité que dans les antennes
connues. II est par exemple supérieur à 1,5. Dans le cas où l'une de ces
structures serait du~type quart d'onde et l'autre du type demi onde, le
rapport
des deux fréquences pourrait de même s'écarter du nombre deux plus
fortement que dans .les antennes connues. II serait par exemple supérieur à 3.
Dans ces deux cas, un taux d'écart du rapport de fréquences serait égal à 1,5,
ce taux étant le rapport entre deux valeurs du rapport de fréquences, l'une de
ces valeurs résultant d'une mise en couvre de cette invention, l'autre
résultant
au contraire d'un fort couplage entre les deux structures résonantes. Ce taux
peut avantageusement atteindre des valeurs plus élevées telles que deux et
au-delà.
De préférence le dispositif de couplage interne est une ligne coplanaire.
Dans une telle ligne, le champ électrique d'une onde progressive s'établit
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, ce ruban et ces
plages étant situées dans un mëme plan. Cette invention tire profit, sinon de
cette symétrie dans ce plan autour de l'axe du ruban, au moins du fait que les
possibilités de couplage à partir d'une telle ligne formée dans un plan sont
les
mêmes d'un côté et de l'autre de ce plan. Si, conformément à cette invention,
deux structures résonantes sont formées respectivement des deux côtés de
ce plan, un couplage efficace peut donc ëtre facilement créé entre cette ligne
et chacune de ces structures sans que ce couplage utile s'accompagne d'un
couplage parasite important entre ces deux structures.
En variante le dispositif de couplage interne pourrait présenter la forme
d'une ligne à fente simple ou de toute autre ligne qui serait constituée par
des
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fentes formées dans une couche conductrice et propres à guider une onde
progressive.
A l'aide des figures schématiques ci jointes on va décrire ci-après à titre
d'exemple comment cette invention peut être mise en oeuvre.
La figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif de
radiocommunication incluant une antenne donnée en exemple de cette
invention.
La figure 2 représente une vue de dessus de cette même antenne
après enlèvement des deux couches supérieures pour faire apparaître une
couche de couplage.
La figure 3 représente une vue de dessus de cette mëme antenne.
Sur ces figures des couches métalliques minces apparaissent sous la
forme de zones hachurées .sur des surfaces de couches diélectriques. Sur la
figure 1, pour la clarté du dessin, d'une part ces couches diélectriques sont
représentées comme si elles étaient transparentes, ceci pour laisser voir les
couches sous jacentes, et d'autre part les hachures représentant la couche
conductrice inférieure sont limitées à une zone de cette couche.
Conformément à la figure 1, trois directions mutuellement croisëes
constituent pour une antenne respectivement une direction longitudinale DL,
une direction transversale DT et une direction verticale DV, ces deux
directions longitudinale et transversale constituant des directions
horizontales,
ces termes étant utilisés pour faciliter la description et indépendamment de
la
pesanteur. La direction longitudinale présente un sens direct, qui est celui
de
la flèche DL, et un sens rétrograde opposé à ce sens direct. Cette antenne
inclut une pluralité de couches A,B,C,D,E, formant une succession selon cette
direction verticale. Chaque couche telle que C a une aire s'étendant selon
ledit
sens DL de la direction longitudinale d'un bord arrière tel que CW (voir
figure
2) à un bord avant tel que CV de cette couche, cette aire s'étendant en outre
selon la direction transversale DT. Elle a aussi une épaisseur s'étendant
selon
la direction verticale DV. L'une au moins de ces couches est conductrice et
constitue une couche de couplage C. Deux autres couches sont diélectriques
et constituent une couche diélectrique inférieure B et une couche diélectrique
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supérieure D s'étendant au dessous et au dessus de cette couche de
couplage, respectivement.
Les couches A,B et C forment une structure résonante inférieure ABC
et les couches C,D et E forment une structure résonante supérieure CDE.
Chacune de ces structures permet à des ondes électromagnétiques
progressives de se propager dans les deux dits sens de la direction
longitudinale tout en subissant dans cette structure des réflexions aptes à y
former au moins une onde stationnaire ayant une fréquence de cette
structure. II s'agit d'une fréquence de résonance définie par une longueur
électrique de cette structure et par une vitesse de propagation propre à cette
structure et définie par cette structure pour ces ondes progressives. Cette
onde stationnaire est apte à échanger de l'énergie avec des ondes rayonnées
dans l'espace extérieur à l'antenne. Les fréquences de résonance
considérées ici pour des structures résonantes sont des fréquences
moyennes de bandes passantes de ces structures, ces bandes passantes
étant défrnies de la manière usuelle dans la technique des antennes. .
L'antenne inclut aussi un dispositif de couplage interne apte à guider
des ondes progressives échangeant de l'énergie avec respectivement les
deux ondes stationnaires formées dans les structures résonantes inférieure et
supérieure. Une énergie électromagnétique peut donc être échangée entre
ledit espace extérieur et ce dispositif de couplage à travers chacune des deux
structures résonantes à la fréquence de cette structure.
Selon cette invention la couche de couplage C présente deux fentes
s'étendant sensiblement selon la direction longitudinale DL à partir du bord
arrière CW de cette couche. Ces fentes constituent des fentes de couplage
telles que CF. Elles délimitent dans cette couche un ruban constituant un
ruban
de couplage CR. Ce ruban se raccorde à une partie principale de cette couche
à l'intérieur de l'aire de cette couche. II coopère avec ces fentes et cette
partie
principale pour former une ligne de couplage CF, CR qui constitue la ligne
coplanaire et le dispositif de couplage interne précédemment mentionnés.
Dans un dispositif de radiocommunication, cette antenne est raccordée
à un organe de traitement de signal 1 tel qu'un émetteur si l'antenne
fonctionne en émission ou un récepteur si elle fonctionne en réception. Elle
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est 'munie pour cela de deux bornes par l'intermédiaire desquelles elle reçoit
de l'énergie d'un tel émetteur ou fournit de l'énergie à un tel récepteur. Ces
deux bornes sont typiquement situées sur le bord arrière CW de la couche de
couplage et elles sont constituées l'une par le ruban de couplage, l'autre par
les parties de cette couche situées au-delà des fentes de couplage. C'est
entre ces deux bornes qu'une impédance de l'antenne peut être mesurée,
impédance à laquelle l'organe de traitement doit être adapté.
Chacune des structures résonnantes pourrait être constituée seulement
par une ou plusieurs couches diélectriques, comme le sont celles des
antennes diélectriques. Cependant, de préférence, dans le cadre de cette
invention, l'antenne inclut en outre au moins une couche conductrice externe
telle que les couches' A et E, l'une des deux couches diélectriques telles que
B et D étant disposée entre cette couche conductrice externe et la couche de
couplage C. Cette couche conductrice externe coopère avec cette couche
diélectrique et avec cette couche de couplage pour constituer l'une des deux
structures résonantes. Une première couche de ces deux couches
conductrices externe et de couplage, par exemple la couche C ou la couche
E, a des dimensions horizontales, ou au moins une dimension longitudinale,
plus petites qu'une structure conductrice constituée par une seconde de ces
deux couches, par exemple la couche A, ou incluant cette seconde couche,
par exemple la couche C qui pourrait former une telle structure conductrice
avec la couche C. Cette première couche et cette structure conductrice
constituent respectivement pour cette structure une pastille (désignée parfois
par le mot anglais « patch ») et une masse (désignée parfois par les mots
anglais « ground plane ») telles que ladite fréquence de cette structure est
essentiellement dépendante d'une longueur électrique de cette pastille et
indépendante de ces dimensions longitudinales de cette masse.
. Les ondes rayonnées émises ou reçues par une telle structure
résonante à pastille ne peuvent se propager au voisinage de l'antenne que
dans la moitié de l'espace qui, par rapport au plan de la masse de cette
structure, est située du même c8té que sa pastille.
Dans le mode de réalisation décrit ci-après les deux structures
résonantes sont du type à pastille, c'est à dire que l'antenne inclut deux
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couches conductrices externes. Ce sont une couche conductrice inférieure A
s'étendant sous la couche diélectrique inférieure B pour constituer la
structure
résonante inférieure ABC et une couche conductrice supérieure E s'étendant
sur la couche diélectrique supérieure D pour constituer la structure résonante
5 supérieure CDE.
Les deux structures résonantes pourraient avoir une même masse qui
leur serait entièrement commune. Cette masse devrait alors ëtre constituée
par la couche de couplage ~ C dont les dimensions longitudinales et
transversales seraient choisies pour cela plus grandes que celles de chacune
10 des pastilles de ces structures. II en résulterait que les ondes rayonnées
émises ou reçues par ces deux structures ne pourraient se propager, au
voisinage de l'antenne, que dans les deux moitiés de ('espace situées
respectivement de part et d'autre du plan de cette masse. Une telle
disposition
serait gênante dans la plupart des applications envisagées, car c'est avec une
même moitié de l'espace que ces applications nécessitent qu'une énergie
électromagnétique puisse être échangée sur plusieurs fréquences différentes.
C'est pourquoi, de préférence, dans le cadre de cette invention, la
couche conductrice inférieure A présente des dimensions horizontales
suffisantes pour constituer. la masse d'au moins la structure résonante
inférieure ABC. La couche de couplage C constitue alors à la fois la pastille
de
cette structure et au moins une partie interne de la masse de la structure
résonante supérieure CDE, la pastille de cette dernière étant constituée par
la
couche conductrice supérieure E.
Dans le~ mode de réalisation décrit ci-après la couche de couplage a
. des dimensions horizontales suffisantes pour constituer à elle seule la
masse
de la structure résonante supérieure. Mais elle pourrait aussi avoir des
dimensions insuffisantes pour cela. Dans ce dernier cas, une partie
périphérique de cette masse serait constituée par la couche conductrice
inférieure et une partie périphérique de la couche diélectrique inférieure
pourrait intervenir dans la structure résonante supérieure.
Chacune des structures résonantes ê pastille peut avoir des
résonances de divers types tels que les types demie onde et quart d'onde. De
préférence cependant, dans le cadre de cette invention, cette antenne inclut
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en outre au moins un conducteur de court-circuit tel que RAC propre à l'une
au moins telle que ABC des deux structures résonantes. Un tel conducteur '
connecte le bord arrière tel que CW de la pastille C de cette structure à la
masse A de cette structure, grâce à quoi cette structure a une résonance du
type quart d'onde. II rencontre le bord arrière CW de la couche de couplage à
l'extérieur d'un segment de couplage SC appartenant à ce bord et incluant le
ruban de couplage CR et les fentes de couplage CF. Sa présence permet de
limiter la longueur de l'antenne grâce à l'utilisation d'une résonance quart
d'onde et sa position sur le bord arrière CW évite qu'il perturbe le
fonctionnement du dispositif interne de couplage.
Dans le cas préféré où au moins la structure résonante inférieure ABC
est du type quart d'onde et où donc le conducteur de court circuit connecte la
.
couche de couplage C à la couche conductrice inférieure A, une ligne du type
microruban apparaît constituée par le ruban de couplage CR qui coopère avec
une masse à travers la couche diélectrique inférieure B, cette masse étant
constituée par la couche A. De plus cette ligne apparaît disposée de manière
à pouvoir alimenter l'antenne si celle ci fonctionne en émission. Dans le
cadre
de cette invention l'alimentation de l'antenne est alors cependant
essentiellement assurée par la ligne coplanaire formée par la coopération de
ce même ruban CR avec le reste de la couche de couplage à travers tes
fentes de couplage. L'épaisseur de la couche B est choisie suffisamment
grande et sa permittivité suffisamment petite pour cela. Ce choix entraîne
notamment que l'impédance de l'antenne est au moins plus proche de celle de
cette ligne coplanaire que de celle de cette ligne à microruban.
De préférence, chaque structure quart d'onde telle que ABC est munie
de deux conducteurs de court circuit tels que RAC rencontrant ledit bord
arrière CW de la couche de couplage C respectivement des deux côtés dudit
segment de couplage SC.
Dans le mode de réalisation donné en exemple les deux structures
résonantes inférieure ABC et supérieure CDE sont du type quart d'onde. La
réalisation de deux conducteurs de court circuit tels que RAC et RCE
appartenant respectivement à ces deux structures et mutuellement
superposés est alors facilitée, par le fait que ces deux conducteurs sont
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constitués par deux rubans s'étendant en continuité l'un de l'autre. De chaque
côté du segment de couplage SC, ces deux conducteurs sont alors réalisés
collectivement sous la forme d'un ruban de court circuit s'étendant sur toute
la
hauteur d'une tranche arrière, verticale et transversale, d'une plaque
rectangulaire formée par l'empilement de toutes les couches de l'antenne.
L'épaisseur de cette plaque est essentiellement constituée par celles des
couches diélectriques B et D, les longueurs et largeurs de ces deux couches
étant les mêmes et l'épaisseur de chacune d'entre elles étant uniforme dans
son aire.
Dans ce mode de réalisation, la vitesse de propagation propre à la
structure résonante supérieure CDE est avantageusement supérieure à 150
de la vitesse de propagation propre à la structure résonante inférieure BC et
la
fréquence de cette structure résonante supérieure est supérieure à 150 % de
la fréquence de cette structure résonante inférieure. Ces vitesses de
propagation sont des vitesses moyennes de la propagation longitudinale
d'ondes électromagnétiques ayant une fréquence de 1 GHz dans ces
structures.
Dans le cas théorique où la couche diélectrique d'une telle structure
aurait non seulement une épaisseur et une composition uniforme, ce qui est
un cas pratique, mais où de plus sa pastille et sa masse seraient constituées
de couches métalliques de résistances électriques négligeables et où cette
masse aurait une très grande largeur, la vitesse de propagation des ondes
dans cette structure serait une fonction des grandeurs w,h et r, w étant la
largeur de cette pastille, h étant l'épaisseur de cette couche diélectrique et
r
étant sa permittivité relative. Cette fonction est donnée notamment dans le
livre « Transmission Line Design Handbook », Brian C. Wadell, Artech House,
Boston, London. Cette vitesse constitue une caractéristique physique de cette
structure.
La fréquence d'une telle structure est proportionnelle à la vitesse de
propagation qui lui est propre divisée par une longueur électrique de cette
structure. C'est pourquoi, dans un cas pratique, et pour limiter
l'encombrement, compte tenu des substrats disponibles susceptibles de
constituer les couches diélectriques B et D, deux dispositions sont apparues
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souhaitables. Selon une première disposition on donne à la pastille de la
structure résonante supérieure une longueur électrique légèrement inférieure
à celle de la pastille de la structure résonante inférieure pour que, compte
tenu
du rapport entre les vitesses de propagation dans ces deux structures, la
fréquence de cette structure supérieure soit voisine du double de celle de
cette structure inférieure. Selon la seconde de ces dispositions le rapport
souhaité pour les vitesses de propagation propres à ces deux structures est
obtenu par le choix des permittivités des substrats, leurs épaisseurs étant
les
mëmes.
Dans le mode de réalisation donné en exemple, la pastille E de la
structure résonante supérieure CDE présente avantageusement la forme de
deux rubans résonants EL et EH raccordés respectivement aux deux rubans
de court circuit tels que le ruban RCE et s'étendant longitudinalement à
partir
de ces derniers sur la couche diélectrique supérieure D. Cette disposition
permet d'utiliser deux rubans métalliques pliés pour réaliser à la fois la
pastille
supérieure et les rubans de court circuit. Elle permet en outre d'élargir la
bande passante de la structure résonante supérieure grâce au fait que les
deux rubans de couplage EL et EH ont deux longueurs respectives
légèrement différentes. Les largeurs de ces deux rubans sont égales et elles
sont suffisantes pour que chacun d'eux joue le rôle d'une pastille
élémentaire,
c'est à dire que deux résonances apparaissent dont les fréquences centrales
sont inversement proportionnelles aux deux longueurs de ces rubans et sont
donc légèrement différentes. Les bandes passantes correspondant à ces deux
résonances se recouvrent alors partiellement de sorte qu'il en résulte un
élargissement de la bande passante de la structure incluant ces deux rubans
et non un dédoublement de cette bande.
Dans le cadre du mode de réalisation donné en exemple, diverses
compositions et valeurs sont indiquées ci-après. Les longueurs et largeurs
sont respectivement indiquées selon les directions DL et DT.
- fréquence de la structure :ABC : 900 MHz,
- fréquence de la structure CDE : 1800 MHz,
- bande passante de la structure ABC : 40 MHz pour un taux d'ondes
stationnaires (SWP) inférieur ou égal à 2,
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- bande passante de la structure CDE : 80 MHz pour un taux d'ondes
stationnaires inférieur ou égal à 2,
- impédance d'entrée de l'antenne : 50 Ohms,
- caractéristiques de la couche diélectrique B : résine épox~ ayant une
permittivité relative Er = 5 et un facteur de dissipation tg 8 = 0,002,
épaisseur
5 mm,
- composition et épaisseur des couches conductrices : cuivre, 17 microns,
- longueur de la couche de couplage C : 35 mm,
- largeur de la couche C : 30 mm,
- longueur de la ligne de couplage CR,CF : 20 mm,
- largeur du ruban de couplage CR : 5 mm,
- largeur des fentes de couplage CF : 0,5 mm,
- largeur des rubans de court circuit tels que RAC, RCE : 5 mm,
- caractéristiques de la couche diélectrique D : résine époxy ayant une
permittivité relative sr = 3 et un facteur de dissipation tg â = 0,002,
épaisseur
3,2 mm,
- longueur du ruban résonant EL : 35 mm,
- longueur du ruban résonant EH : 34 mm,
- largeur commune des rubans EL et EH : 5 mm.
Une autre antenne conforme à cette invention pourrait avoir une
structure résonante inférieure et une ligne de couplage analogue à celles qui
ont été décrites ci-dessus. Elle en diffèrerait par le fait que seule la
structure
résonante inférieure ABC serait du type quart d'onde. La ligne de couplage
(CF,CR) s'étendrait alors à partir du bord arrière CW de la couche de
couplage C au moins jusque dans une zone médiane de la longueur de la
pastille E de la structure de résonance supérieure CDE, de manière à faire
apparaître dans cette structure une résonance de type demie onde.
Le fait que la structure résonante supérieure ait une résonânce du type
demie onde permet à la fois de donner à sa fréquence une valeur double de
celle de la structure résonante inférieure, et d'utiliser, pour constituer les
couches diélectriques B et D, deux substrats mutuellement identiques ayant
donc une même épaisseur et une même permittivité. II facilite ainsi la
CA 02314826 2000-07-14
IS
réalisation d'une antenne ayant deux fréquences dans un rapport voisin de
deux.
Cette invention a également pour objet un dispositif de
radiocommunication multifréquence. Ce dispositif inclut comme connu
- un organe de traitement 1 adapté à émettre etlou à recevoir une onde
électromagnétique guidée pouvant avoir deux fréquences, et .
- une antenne raccordée à cet organe de traitement pour coupler cette onde
guidée à des ondes rayonnées. II est caractérisé par le fait que cette antenne
met en oeuvre l'une au moins des dispositions précédentes, les deux dites
structures résonantes ABC et CDE résonant respectivement aux deux dites
fréquences de l'onde électromagnétique guidée.
Ce raccordement est, par exemple, réalisé par une ligne coaxiale dont
le conducteur axial 3 est soudé au ruban de couplage CR et dont la masse 4
est connectée à deux des rubans de court circuit tels que RAC ou tels que
RCE.
