Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
ANTENNE DE TYPE HELICE
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention est relative aux antennes de type hélice.
En particulier, elle concerne les antennes de type hélice quadrifilaires
imprimées.
De telles antennes trouvent notamment application dans des
systèmes de télémétrie en bande L (fréquence de fonctionnement comprise
entre 1 et 2 GHz, typiquement autour de 1,5 GHz) pour des charges utiles
de ballons stratosphériques.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les antennes de type hélice imprimées présentent l'avantage d'être
de fabrication simple et peu onéreuse.
Elles sont particulièrement adaptées aux signaux de télémétrie à
polarisation circulaire en bande L, signaux utilisés dans les charges utiles
de ballons stratosphériques.
Elles offrent en outre un bon taux d'ellipticité et donc une bonne
polarisation circulaire sur une large gamme d'angles d'élévations.
Le brevet EP 0320404 décrit une antenne imprimée de type hélice et
son procédé de fabrication.
Une telle antenne comprend quatre brins rayonnants en forme de
bandes métalliques obtenus par enlèvement de matière de la métallisation
de part et d'autre des bandes d'une zone métallisée d'un circuit imprimé. Le
circuit imprimé est destiné à être enroulé en hélice autour d'un cylindre.
Ces antennes bien qu'offrant de bonnes performances sont toutefois
encombrantes.
Des antennes compactes de type hélice, comprenant des brins
rayonnants en forme de méandre ont été proposées pour réduire la taille
des antennes de ce type.
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
2
L'article : Y. Letestu, A. Sharaiha, Ph. Besnier A size reduced
configuration of printed quadrifilar helix antenna, IEEE workshop on
Antenna Technology: Small Antennas and Novel Metamaterials, 2005, pp.
326-328, Mars 2005, décrit de telles antennes compactes.
Toutefois, bien qu'un gain de l'ordre de 35% sur l'encombrement ait
été obtenu, les performances, notamment en polarisation croisée et en
rayonnement arrière, sont dégradées montrant les limites de l'utilisation de
tels motifs quant à la réduction de la taille des antennes de ce type.
En particulier, les charges utiles des ballons strastrophériques
requièrent des antennes de plus en plus compactes tout en conservant de
bonnes performances.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention vise à réduire l'encombrement des antennes hélice de
type connu.
A cet effet, l'invention concerne selon un premier aspect, une
antenne de type hélice comprenant une pluralité de brins rayonnants
enroulés en hélice selon une forme de révolution.
L'antenne de l'invention est caractérisée en ce que chaque brin
rayonnant comprend une répétition d'un même motif qui est défini par un
fractal d'ordre au moins égal à deux.
L'antenne de l'invention peut en outre présenter facultativement au
moins l'une des caractéristiques suivantes :
- le fractal est généré par itération d'étapes de réduction d'un
motif de référence puis application du motif obtenu au motif de référence ;
- les étapes itérées comprennent en outre une opération de
rotation et/ou d'aplatissement et/ou de cisaillement du motif ;
- le motif de référence comprend une forme géométrique de
support un axe directeur du brin rayonnant, choisie parmi le groupe suivant :
trapèze dans lequel une des bases est supprimée, triangle dans lequel la
base est supprimée, carré dans lequel la base est supprimée ;
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
3
- le motif de référence comprend deux formes géométriques
identiques de support l'axe directeur du brin rayonnant, alternées par
rapport audit axe ;
- le motif de référence comprend deux trapèzes isocèles
identiques de support l'axe directeur du brin rayonnant, alternés par rapport
audit axe et espacés de la largeur de la petite base, dans lesquels une des
bases est supprimée ;
- le motif de référence comprend deux triangles équilatéraux
identiques de support l'axe directeur du brin rayonnant, alternés par rapport
audit axe et espacés de la largeur d'un côté, dans lesquels la base est
supprimée ;
- chaque brin rayonnant comprend un nombre entier de
fractals ;
- les brins rayonnants sont chacun constitués par une zone
métallisée déterminée, enroulée en hélice sur la surface latérale d'un
manchon, tel que l'axe directeur de chaque brin est distant de l'axe du brin
suivant d'une distance déterminée, définie selon toute perpendiculaire à
toute ligne directrice du manchon comme la distance entre deux points,
chacun défini par une intersection entre l'axe d'un brin et une
perpendiculaire à toute ligne directrice du manchon ;
- la distance entre l'axe de chaque brin est égale au périmètre
du manchon divisé par le nombre de brins rayonnants ;
- les brins rayonnants sont connectés d'une part en court circuit
au niveau d'une première extrémité à une zone conductrice et d'autre part
au niveau d'une deuxième extrémité à un circuit d'alimentation ;
- l'antenne comprend un circuit imprimé sur lequel sont
formées les zones métallisées, le circuit étant apte à être enroulé autour
d'un manchon formant forme de révolution ;
- chaque brin rayonnant est obtenu par enlèvement de matière
d'une zone métallisée du circuit imprimé de part et d'autre des motifs des
brins rayonnants ;
- la forme de révolution est cylindrique ou conique ;
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
4
- les brins rayonnants sont identiques ;
- l'antenne comprend quatre brins rayonnants.
Une telle antenne permet de réduire de plus de 30%
l'encombrement, en particulier, la hauteur, tout en conservant des
performances équivalentes à celles des antennes hélice de type connu
d'encombrement plus important.
En tolérant une dégradation de la polarisation croisée de l'antenne,
une réduction allant jusqu'à 70% de la hauteur est possible, tout en
conservant un rayonnement arrière acceptable.
En outre l'utilisation de fractals pour les motifs des brins rayonnants
de l'antenne permet d'améliorer la polarisation croisée par rapport aux
antennes hélices compactes de type connu.
Ainsi, une telle antenne est d'encombrement réduit tout en
respectant un cahier des charges bien précis en terme de diagramme de
rayonnement et de pureté de polarisation.
L'antenne de l'invention peut, par ailleurs, s'intégrer dans un système
de télémétrie.
Selon un second aspect, l'invention concerne un procédé de
fabrication d'une antenne de type hélice, comprenant une étape au cours de
laquelle on forme selon des zones déterminées, une pluralité de brins
rayonnants destinés à être enroulés en hélice selon une forme de
révolution.
Les brins rayonnants sont caractérisés par le fait que chaque brin
comprend une répétition d'un même motif qui est défini par un fractal
d'ordre au moins égal à deux.
Le procédé comprend en outre les étapes suivantes
- on découpe une feuille de circuit imprimé souple double
face aux dimensions correspondantes pour un manchon cylindrique de
dimensions données ;
- on délimite sur le circuit imprimé une première zone et une
deuxième zone destinée à contenir les brins rayonnants et un circuit
d'alimentation, respectivement ;
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
- on supprime la métallisation au niveau de la première
zone sur une première face du circuit imprimé, la métallisation étant
maintenue sur la totalité de la première zone pour constituer le plan de
propagation de référence ;
5 - on forme sur la deuxième face du circuit imprimé, au
niveau de la première zone, par enlèvement de matière de la
métallisation de part et d'autre des zones déterminées, les brins
rayonnants et la zone conductrice supérieure et au niveau de la
deuxième zone, par enlèvement de matière de la métallisation une zone
conductrice formant avec le plan de propagation de référence la ligne à
ruban ;
- on enroule la feuille de circuit imprimé côté plan de
propagation de référence ou côtés brins rayonnant sur un manchon.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront
encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non
limitative et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles :
- la figure 1 illustre de manière schématique en développé une
antenne hélice de type connu ;
- la figure 2 illustre de manière schématique une vue de face
d'une antenne hélice de type connu ;
- les figures 3a, 3b et 3c illustrent de manière schématique
respectivement, un motif de référence, fractal d'ordre 1, un fractal d'ordre 2
et un fractal d'ordre 3 d'un fractal pour des motifs des brins rayonnants,
selon un premier mode de réalisation ;
- les figures 4a, 4b et 4c illustrent de manière schématique
respectivement, un motif de référence, fractal d'ordre 1, un fractal d'ordre 2
et un fractal d'ordre 3 pour des motifs des brins rayonnants, selon un
deuxième mode de réalisation ;
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
6
- les figures 5a, 5b et 5c illustrent de manière schématique
respectivement, un motif de référence, fractal d'ordre 1, un fractal d'ordre 2
et un fractal d'ordre 3 pour des motifs des brins rayonnants, selon un
troisième mode de réalisation ;
- les figures 6a et 6b illustrent de manière schématique
respectivement, un motif de référence, fractal d'ordre 1 et un fractal d'ordre
2 pour des motifs des brins rayonnants, selon un quatrième mode de
réalisation ;
- les figures 7a et 7b illustrent de manière schématique
respectivement, un motif de référence, fractal d'ordre 1 et un fractal d'ordre
2 pour des motifs des brins rayonnants, selon un cinquième mode de
réalisation ;
- les figures 8a et 8b illustrent de manière schématique en
développé une antenne de type hélice, comprenant respectivement des
brins, obtenus avec le fractal de la figure 6b avec 0= 30 et 0= 45 pour le
motif de référence ;
- les figures 9a, 9b, 9c et 9d, illustrent respectivement enroulés
en hélice avec les brins rayonnants en forme de bandes métalliques, et
obtenus avec les fractals de la figure 6b avec 0= 30 et 0= 45 pour le
motif de référence, et de la figure 7b ;
- les figures 10a, 10b, 10c et 10d illustrent des étapes du
procédé de fabrication d'une antenne conforme à la présente invention ;
- les figures 11 a et 11 b, illustrent respectivement des
diagrammes de rayonnement simulés des antennes présentées sur les
figures 8a et 8b.
DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION
ET DE MISE EN OEUVRE
Structure de l'antenne
La figure 1 représente en développé une antenne hélice.
La figure 2 représente une vue de face d'une antenne hélice.
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
7
Un telle antenne comprend deux parties 1, 2.
La partie 1 comprend une zone conductrice 10 et quatre brins
rayonnants 11, 12, 13 et 14.
Sur la partie 1, l'antenne de type hélice comprend quatre brins
rayonnants 11, 12, 13, 14 enroulés en hélice selon une forme de révolution
autour d'un manchon 15, par exemple.
Sur cette partie, les brins 11-14 sont connectés d'une part en court
circuit au niveau d'une première extrémité 111, 121, 131, 141 des brins à la
zone conductrice 10 et d'autre part au niveau d'une seconde extrémité 112,
122, 132, 142 des brins au circuit d'alimentation 20.
Les brins rayonnants 11-14 de l'antenne peuvent être identiques et
sont par exemple au nombre de quatre. L'antenne est dans ce cas
quadrifilaire.
Le manchon 15 sur lequel l'antenne est enroulée est représenté en
pointillé sur la figure 1 pour constituer l'antenne telle que représentée sur
la
figure 2.
Les brins rayonnants 11-14 sont orientés de sorte qu'un axe support
AA', BB', CC' et DD' de chaque brin, forme un angle a par rapport à tout
plan orthogonal à toute ligne L directrice du manchon 15.
Cet angle a correspond à l'angle d'enroulement en hélice des brins
rayonnants.
Les brins rayonnants 11-14 sont chacun constitué par une zone
métallisée.
Sur les figures 1 et 2, les zones métallisées de la partie 1 sont des
bandes symétriques par rapport à un axe directeur AA', BB', CC', DD' des
brins.
La distance d entre deux brins successifs est définie selon toute
perpendiculaire à toute ligne L directrice du manchon 15 comme la distance
entre deux points, chacun défini comme l'intersection de la dite
perpendiculaire avec un axe des brins.
Par exemple, pour obtenir une antenne quadrifilaire symétrique, cette
distance d sera fixée à un quart du périmètre du manchon 15.
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
8
Le substrat supportant les bandes métalliques est enroulé en hélice
sur la surface latérale du manchon 15.
Selon un mode de réalisation d'une telle antenne, les deux parties 1,
2 sont formées sur un circuit imprimé 100.
Les brins rayonnants 11-14 sont alors des bandes métalliques
obtenues par enlèvement de matière de chaque côté des bandes d'une
zone métallisée, sur la surface du circuit imprimé 100.
Le circuit imprimé 100 est destiné à être enroulé autour d'un
manchon 15 présentant une forme générale de révolution, tel qu'un cylindre
ou un cône, par exemple.
La partie 2 de l'antenne comprend un circuit d'alimentation 20 de
l'antenne.
Le circuit d'alimentation 20 de l'antenne est constitué par une ligne
de transmission du type ligne à ruban en forme de méandre, assurant à la
fois la fonction de répartition de l'alimentation et d'adaptation des brins
rayonnants 11-14 de l'antenne.
L'alimentation des éléments rayonnants se fait à amplitudes égales
avec une progression de phases en quadrature.
La réduction de la taille des antennes de type hélice telles que
représentées sur les figures 1 et 2 est obtenue en utilisant des fractals pour
les motifs des brins rayonnants pour la partie 1 de l'antenne. La partie 2 de
l'antenne est de type connu.
Motifs
Les brins rayonnants comprennent une répétition d'un même motif
qui est défini par un fractal d'ordre au moins égal à deux.
Les fractals ont la propriété d'autosimilarité, ils sont formés de copies
d'eux-mêmes à des échelles différentes. Ce sont des courbes auto-
similaires et très irrégulières.
Un fractal est composé de répliques réduites, d'un motif de
référence, non identiques mais similaires.
Le fractal est généré par itération d'étapes de réduction d'un motif de
référence puis application du motif obtenu au motif de référence.
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
9
Les étapes itérées comprennent en outre une opération de rotation
et/ou aplatissement et/ou cisaillement du motif.
On comprend donc que les fractals sont obtenus au moyen d'un
motif de référence.
Ce motif de référence constitue un fractal d'ordre 1.
Les ordres supérieurs sont obtenus en appliquant au milieu de
chaque segment du motif de référence ce même motif de référence réduit,
et ainsi de suite.
Le motif de référence peut être simple ou alterné par rapport à un
axe directeur AA', BB', CC', DD' du motif.
Le choix du motif à proprement parler est guidé par les performances
en rayonnement de l'antenne.
De manière générale, les motifs présentant des angles fortement
aigus assurent une meilleure réduction de la taille de la partie 1 de
l'antenne, mais les performances en polarisation croisée sont moindres.
Inversement, les motifs présentant des variations angulaires moins
importantes assurent une réduction moindre mais avec de meilleures
performances en rayonnement.
On préfèrera toutefois, des motifs alternés, leur symétrie aidant à
garder des niveaux de polarisation croisée comparables à ceux d'une
antenne de référence de type connu (voir figures 1 et 2).
Les figures 3a, 4a et 5a illustrent des motifs de référence dits
simples .
Par motif de référence simple on entend, une forme géométrique de
support un axe directeur AA' du brin rayonnant, choisie parmi le groupe
suivant : trapèze dans lequel une des bases est supprimée MR1, triangle
dans lequel la base est supprimée MR2, carré dans lequel la base est
supprimée MR3.
La figure 3a illustre selon un premier mode de réalisation, un motif de
référence MR1 qui est un trapèze de support l'axe AA' d'un brin rayonnant
dans lequel la grande base est supprimée.
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
La figure 4a illustre selon un deuxième mode de réalisation, un motif
de référence MR2 qui est un triangle de support l'axe directeur AA' d'un brin
rayonnant dans lequel la base est supprimée.
La figure 5a illustre selon un troisième mode de réalisation, un motif
5 de référence MR3 qui est un carré de support l'axe directeur AA' d'un brin
rayonnant dans lequel la base est supprimée.
Les figures 3b, 4b et 5b illustrent respectivement l'ordre 2 d'un fractal
F1, F2, F3 suite à une itération des motifs de référence des figures 3a, 4a et
5a, respectivement.
10 Les figures 3c, 4c et 5c illustrent respectivement l'ordre 3 d'un fractal
F1', F2', F3' suite à deux itérations des motifs de référence des figures 3a,
4a et 5a.
Les figures 6a et 7a illustrent des motifs de référence dits
alternés .
La figure 6a illustre selon un quatrième mode de réalisation un motif
de référence MR4 qui comprend deux trapèzes isocèles en opposition par
rapport à l'axe directeur AA' du brin rayonnant et espacés de la largeur de
la petite base, dans lesquels la grande base a été supprimée.
L'angle 0 entre un côté s'étendant de la petite base vers la grande
base et l'axe AA' du brin rayonnant est fixé comme un compromis entre la
réduction de la hauteur de l'antenne et les performances en polarisation
croisée.
La figure 7a illustre selon un cinquième mode de réalisation un motif
de référence MR5 qui comprend deux triangles équilatéraux en opposition
par rapport à l'axe AA' du brin rayonnant et espacés de la largeur d'un côté,
dans lesquels la base a été supprimée.
Les figures 6b et 7b illustrent l'ordre 2 d'un fractal F4, F5 suite à une
itération des motifs de référence des figures 6a et 7a respectivement.
Les brins rayonnants de l'antenne hélice comprennent un nombre
entier de fractals d'ordre au moins égal à deux.
Le nombre de répétitions est fonction de la longueur des brins de
l'antenne.
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
11
Les figures 8a et 8b illustrent de manière schématique en développé
des antennes de type hélice comprenant quatre brins rayonnants obtenus
par le motif de référence MR4 de la figure 6a avec 0= 30 et 0= 45 ,
respectivement.
L'utilisation des fractals d'ordre au moins égal à deux pour les brins
rayonnants permet de réduire la taille de l'antenne.
On comprend donc que les fractals permettent de replier les brins
de manière optimale sans dégrader les performances de l'antenne.
Pour les antennes de type hélice quadrifilaire, la longueur des brins
fixe la fréquence de fonctionnement de l'antenne.
L'utilisation de motifs fractals permet de réduire la longueur effective
des brins tout en conservant une longueur dépliée , à celle d'une
antenne sans motifs (brins en forme de bandes métalliques).
La fréquence de fonctionnement de l'antenne est donc inchangée.
Un tel effet de repliement est illustré par les figures 9a, 9b, 9c et 9d.
Ces figures illustrent la partie 1 comprenant les brins rayonnants
enroulés en hélice. Ce sont des antennes à quatre brins, dites quadrifilaires.
La figure 9a illustre une antenne à quatre brins rayonnants en forme
de bande métallique.
La figure 9b illustre une antenne à quatre brins rayonnants à motifs
obtenus par une itération du motif de référence de la figure 6a avec 0= 30 .
La figure 9c illustre une antenne à quatre brins rayonnants à motifs
obtenus par une itération du motif de référence de la figure 6a avec 0= 45 .
La figure 9d illustre une antenne à quatre brins rayonnants à motifs
obtenus par une itération du motif de référence de la figure 7b.
Pour les antennes des figures 9a, 9b, 9c et 9d le nombre de tour
initié pour l'enroulement en hélice est identique.
Les brins sont en outre tous orientés de la même manière : ils sont
enroulés de la même manière en hélice.
On constate sur ces figures un gain sur la hauteur de l'antenne.
Il est constaté que les fractals comme motifs pour les brins
rayonnants peuvent affecter l'efficacité de l'antenne.
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
12
Toutefois, les motifs présentés précédemment présentant peu de
lignes proches parallèles dont les contributions au rayonnement s'annulent
et dégradent ainsi l'efficacité de l'antenne, minimisent cet effet.
En outre, le nombre d'itérations à partir du motif de référence permet
de diminuer la hauteur de l'antenne et a une influence sur le taux
d'ellipticité
et sur la pureté de la polarisation.
Le nombre d'itération est toutefois limité par la réalisation des brins,
en particulier leur largeur.
Un test de chevauchement est nécessaire pour s'assurer de la
faisabilité des motifs appliqués aux brins rayonnants.
La longueur et la largeur des brins permettent d'ajuster la fréquence
de fonctionnement.
La largeur permet en particulier de fixer l'impédance d'entrée, la
valeur usuelle étant 50Ç2.
L'angle d'enroulement en hélice a fixe le nombre de tours de l'hélice
et a donc un impact sur le type de diagramme de rayonnement, en
particulier la position des maxima de directivité en polarisation principale.
L'espacement d entre un axe support d'un brin et le suivant est lié au
périmètre du manchon 15. En particulier, l'espacement d est égal au
périmètre du manchon divisé par le nombre de brins de l'antenne.
D'un brin à l'autre l'espacement est identique ce qui permet d'assurer
un diagramme de rayonnement symétrique.
Procédé de réalisation
Afin de réaliser une telle antenne, un procédé simple et peu onéreux
est mis en ceuvre. Un tel procédé est décrit dans le brevet EP 0320404.
Le procédé comprend notamment une étape au cours de laquelle on
forme selon des zones déterminées, une pluralité de brins rayonnants
destinés à être enroulés en hélice selon une forme de révolution.
En outre, chaque brin rayonnant comprend une répétition d'un même
motif qui est défini par un fractal d'ordre au moins égal à deux.
Le procédé comprend par ailleurs les étapes suivantes.
Les figures 1 0a, 1 0b, 1 0c et 1 0d illustrent les étapes du procédé.
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
13
On découpe une feuille de circuit imprimé 100 souple double face
101, 102 aux dimensions correspondantes pour un manchon cylindrique
15 de dimensions données.
On délimite sur le circuit imprimé 100 une première zone 1 et une
deuxième zone 2 destinées à contenir les brins rayonnants et un circuit
d'alimentation 20, respectivement.
On supprime la métallisation au niveau de la première zone sur une
première face 101 du circuit imprimé 100, la métallisation étant maintenue
sur la totalité de la deuxième zone 102 pour constituer le plan de
propagation de référence.
On forme sur la deuxième face 102 du circuit imprimé 100, par
enlèvement de matière au niveau de la première zone 1 d'une part de la
métallisation selon les zones déterminées les brins rayonnants et la zone
conductrice 10 supérieure et au niveau de la deuxième zone 2 d'autre part
une zone conductrice formant avec le plan de propagation de référence la
ligne à ruban.
On enroule la feuille de circuit imprimé 100 côté plan de propagation
de référence ou côtés brins rayonnant sur un manchon 15.
Prototypes
Afin de valider la structure d'antenne qui vient d'être décrite,
plusieurs prototypes ont été simulés.
En particulier, la partie 1 des antennes de type hélice comprend des
brins rayonnants aux motifs présentés précédemment.
Ces brins sont connectés au circuit d'alimentation de la partie 2.
Les antennes à motif fractal ont été comparées à une antenne hélice
de type connu telle que représentée sur les figures 1 et 2.
Les brins rayonnants à motif fractal ont été générés par un code
répondant spécifiquement à ce besoin.
Ce code permet en particulier de fixer un motif fractal de référence et
de lui appliquer un niveau d'itération donné.
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
14
Le fractal d'ordre au moins égal à deux ainsi obtenu est ensuite
répété un nombre entier de fois avant d'être appliqué sur une forme
cylindrique ou conique.
Les sorties du code sont les coordonnées des points définissant les
brins rayonnants soit à plat pour la réalisation du masque nécessaire à la
fabrication du circuit imprimé soit sur une forme cylindrique ou conique
comme entrée pour un logiciel commercial de simulation électromagnétique.
Afin de comparer les performances, la fréquence de fonctionnement
est identique entre l'antenne de référence et les antennes à motif fractal.
A cet effet la longueur des brins a été ajustée.
Les antennes aux brins rayonnants illustrées par la figure 8a
(antenne A) et la figure 8b (antenne B) sont comparées à une antenne de
référence pour une fréquence de fonctionnement égale à 1,85 GHz.
L'impédance d'entrée des antennes est de 50 S2.
Compte tenu des applications visées, le taux d'ellipticité doit être
inférieur à 2dB sur une gamme d'angle d'élévation la plus étendue possible.
En outre pour obtenir une polarisation circulaire les quatre brins
rayonnants sont alimentés par des tensions de phase respectivement
égales à 00, 90 , 180 et 270 .
La largeur des brins a été adaptée de manière à ce que la fréquence
de fonctionnement pour les trois antennes soit identique.
Un même manchon 15 est utilisé pour la réalisation de l'antenne de
référence, de l'antenne A et de l'antenne B. Le manchon 15 en question a
un diamètre égal à 25 mm.
La distance entre deux brins consécutifs correspond au quart du
périmètre du manchon, si l'on néglige l'épaisseur du substrat supportant les
brins imprimés. Pour les trois antennes analysées, cette distance est égale
à 20 mm.
Le tableau ci-dessous récapitule les caractéristiques des antennes
testées.
CA 02687900 2009-11-19
WO 2008/142099 PCT/EP2008/056239
Antenne de Antenne A Antenne B
référence
Hauteur (partie 1) 340 mm 227 mm 211 mm
Réduction obtenue 0% 33% 38%
Module du coefficient de -25 dB -16 dB -22,5 dB
réflexion
Largeur des brins 5,5 mm 1 mm 0,8 mm
Le gain sur la hauteur entre l'antenne de référence et les antennes A
et B est respectivement de 33% avec un niveau de polarisation croisée
dans le demi-espace d'intérêt de -12 dBi et 38% avec un niveau de
5 polarisation croisée dans le demi-espace d'intérêt de -10 dBi.
Ainsi, en relâchant les contraintes sur la polarisation croisée, il est
possible d'accroitre la réduction de la hauteur de l'antenne.
Les performances souhaitées en polarisation croisée sont à fixer en
fonction de l'application visée.
10 Un gain est également obtenu sur la longueur totale des brins ce qui
permet de diminuer le coût de fabrication de ces antennes.
L'adaptation des antennes à brins rayonnants fractals est également
très bonne.
Les figures 11 a et 11 b illustrent des diagrammes de rayonnement
15 simulés des antennes A et B et un diagramme de rayonnement spécifié.
Sur ces figures, la courbe 80 est le diagramme de rayonnement en
polarisation principale, la courbe 81 est le diagramme de rayonnement en
polarisation croisée et la courbe 82 est un gabarit représentant les valeurs
minimales requises en polarisation principale pour un système de télémétrie
embarqué sur des ballons stratosphériques.
