EP2645483A1 - Multi-band antenna with improved gain - Google Patents

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Publication number
EP2645483A1
EP2645483A1 EP12305377.9A EP12305377A EP2645483A1 EP 2645483 A1 EP2645483 A1 EP 2645483A1 EP 12305377 A EP12305377 A EP 12305377A EP 2645483 A1 EP2645483 A1 EP 2645483A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
radiating elements
panel
duplexer
frequency band
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12305377.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jean-Pierre Harel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcatel Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel Lucent SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcatel Lucent SAS filed Critical Alcatel Lucent SAS
Priority to EP12305377.9A priority Critical patent/EP2645483A1/en
Publication of EP2645483A1 publication Critical patent/EP2645483A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays

Definitions

  • the present invention relates to the field of telecommunications antennas transmitting radio waves in the microwave domain by means of radiating elements. It relates in particular to a multiband antenna intended more particularly for cell phone applications.
  • Multiband antennas usually group in a common mechanical structure several panel antennas.
  • panel antenna refers here to an alignment of radiating elements operating in a given frequency range and comprising its own power supply system.
  • placing multiple panel antennas in a fixed and limited volume creates constraints. This is primarily a size constraint for the multi-band antenna with multiple panel antennas. This results in a restriction of the number of radiating elements per panel antenna, resulting in a limitation of the performance of the panel antennas and therefore the multiband antenna, especially gain.
  • the gain of a panel antenna is determined by the number of radiating elements, their arrangement in the panel antenna and their individual performance, as well as the performance of the power supply device. There is an optimal distance between the elements that leads to optimal gain. However, it is not possible to increase the number of radiating elements having efficient operation without substantially increasing the length of the panel antenna, with the consequence of increasing the volume and the weight of the multiband antenna, of its impact. visual and its price, as well as its resistance to the wind.
  • the present invention aims to provide a multiband antenna whose gain is increased compared to the antennas of the same dimensions of the prior art.
  • the object of the present invention is a multiband antenna comprising at least a first and a second panel antennas placed in a common mechanical structure.
  • Each radiating element of the first panel antenna is connected by a power supply line to the power supply system of the first panel antenna
  • each radiating element of the second panel antenna is connected by a power supply line to the power supply system of the second panel antenna.
  • a duplexer is inserted into the supply line of at least one radiating element, so as to connect the radiating element to the supply system of the first panel antenna and the supply system of the second panel antenna.
  • the number of radiating elements connected to a duplexer is at most equal to N-1, where N is the total number of radiating elements belonging to the first panel antenna and the second panel antenna.
  • Duplexer means a passive device that allows simultaneous bi-directional communication through a common channel.
  • the duplexer behaves like two filters operating in different frequency bands with one of their pooled access.
  • Such a duplexer allows the radiating element to which it is connected to operate at the same time in the two frequency bands associated with the two power supply systems connected to the duplexer, whether in transmission or reception.
  • There are several technologies for producing these duplexers whose weight, volume, performance and cost are variable. The advantage is to allow the sharing of a single antenna capable of operating at the same time in two different frequency bands instead of two separate antennas, each operating separately in only one of the two frequency bands.
  • phase control in a panel antenna also called “phased array antenna” or “phase array antenna”
  • Each radiating element of the panel antenna processes a radiofrequency (RF) signal that is out of phase with the RF signal processed by another radiating element of the same panel antenna.
  • RF radiofrequency
  • the combined field of radiation, developed by a panel antenna at a distant point, is the vector sum of the radiating fields produced by the individual radiating elements of the panel antenna.
  • a duplexer is inserted in the supply line of at least one radiating element of the first panel antenna and at least one radiating element of the second panel antenna.
  • a radiating element belonging to a third panel antenna is furthermore arranged concentrically around a radiating element of the first or second panel antenna.
  • the invention also relates to a multiband antenna comprising an alignment of N radiating elements placed in a common mechanical structure, n1 radiating elements being connected to a supply system for operation in a frequency band F1 and n2 radiating elements being connected to a power system for operation in a frequency band F2, characterized in that it further comprises n3 radiating elements, each connected to a duplexer which connects them on the one hand to the power supply system for operation in the frequency band F1 and secondly to the power system for operation in the frequency band F2.
  • the number n3 of radiating elements connected to a duplexer is strictly less than the total number N of radiating elements.
  • the number of radiating elements connected to a duplexer is chosen as small as possible to provide the highest possible gain gain at constant dimensions and weights of the multiband antenna. In this way, in a given antenna length, efforts are made to leave as much unlinked radiating elements as possible for duplexers.
  • the duplexer may be chosen in particular from the technology duplexers employing an air cavity resonator, a dielectric resonator, a triplate resonator, a microstrip resonator and a surface wave resonator.
  • the present invention has the advantage of improving the gain performance of a multiband antenna while limiting the increase in its total volume, as well as its weight and cost. In particular, its length is maintained unchanged.
  • the improvement of the gain performance allows a division by two of the antenna width, for example by replacing a so-called "side-by-side” type antenna. "(" side by side "in English) by a simple antenna for a gain level of the same order of magnitude.
  • the improved gain performance also allows a 25% to 60% reduction in the length of the multiband antenna. Indeed, when too many duplexers are used, there is a decrease in gain which makes it difficult to achieve a two-fold reduction in length compared to a standard antenna.
  • the invention applies to any type of dual polarization phase-controlled array antenna having radiating elements, regardless of their shape.
  • the invention can also be used without limiting the number of frequency bands. It will be applied for example to a multiband antenna comprising panel antennas such as low frequency antennas, high frequency antennas, WiMAX-LTE antennas.
  • a multiband antenna 1 comprises eight aligned radiating elements 2 .
  • Each of the radiating elements 2 is connected to a duplexer 3.
  • Each of the duplexers 3 is connected on the one hand to a supply network 4 for supplying the radiating elements 2 for their operation in a first frequency band F1, and on the other hand to a supply network 5 for supplying the radiating elements 2 for their operation in a second frequency band F2.
  • each duplexer 3 is placed so as to jointly feed in the frequency band F1 and in the frequency band F2 the radiating element 2 with which it is associated, or by means of the supply network 4 for its operation in a first frequency band F1, or by means of the power supply network 5 for its operation in a second frequency band F2 as required.
  • the radiating elements 2 must all be able to operate both in the frequency band F1 and in the frequency band F2, without necessarily being identical. They could be different in the sense of their characteristic of unitary radiation for example.
  • the gain of the multiband antenna comprising radiating elements operating in the frequency band F1 and in the frequency band F2 may be less than the sum of the gains of the panel antennas in the absence of duplexers, each operating independently in its own frequency band. Indeed the presence of duplexers can cause greater losses in the power circuit for the same number of radiating elements.
  • the overall complexity of the resulting multiband antenna does not guarantee a complete control of the stability of the radiation performance in each of the frequency bands F1, F2.
  • the multiband antenna comprises an alignment of N radiating elements placed in a common mechanical structure, n1 radiating elements being connected to a supply system for operation in a frequency band F1 and n2 radiating elements being connected to a power supply for operation in a frequency band F2.
  • the multiband antenna furthermore comprises n3 radiating elements, each connected to a duplexer which connects them on the one hand to the power supply system for operation in the frequency band F1 and on the other hand to the power supply system for operation. in the frequency band F2.
  • the multiband antenna 20 comprises a first panel antenna comprising n1 radiating elements 21, for example three, connected to a first power supply network 22 intended for supplying the radiating elements 21 to enable them to operate in a first frequency band F1 .
  • the multiband antenna 20 comprises a second panel antenna comprising n2 radiating elements 23, for example three, connected to a second supply network 24 intended for supplying the radiating elements 23 to enable them to operate in a first frequency band F2 .
  • the multiband antenna 20 further comprises n3 radiating elements 25, for example four, each of which is connected to a duplexer 26.
  • Each of the duplexers 26 is connected on the one hand to the first power supply network 22 intended for the power supply of the associated radiating element 25 when it is to operate in the first frequency band F1, and secondly to the second supply network 24 for supplying the associated radiating element 25 when it is to operate in the second frequency band F2.
  • the number n3 of radiating elements connected to a duplexer is strictly less than the total number N of radiating elements. Indeed the number of radiating elements connected to a duplexer is chosen as small as possible in order to provide the highest possible gain gain, constant dimensions and weight of the multiband antenna.
  • the multiband antenna 20 when the multiband antenna 20 is to operate in the first frequency band F1, the three radiating elements 21 and the four radiating elements 25 are operational in this frequency band F1.
  • the antenna multiband 20 for the same total of ten radiating elements, there are seven radiating elements 21, 25 which operate in the frequency band F1 and contribute to increasing the gain of the multiband antenna 20 with respect to the contribution of a panel antenna with five radiating elements of the prior art.
  • the multiband antenna 20 when the multiband antenna 20 is to operate in the second frequency band F2, the three radiating elements 23 and the four radiating elements 25 are operational, ie a total of seven radiating elements 23, 25.
  • the radiating elements 25 must to be able to operate simultaneously both in the frequency band F1 and in the frequency band F2, without necessarily being identical with each other or with the other radiating elements 21, 23.
  • the n1 radiating elements 21 must be able to operate in the frequency band F1
  • the n2 radiating elements 23 must be able to operate in the frequency band F2. All these radiating elements 21, 23, 25 could be different in the sense of their unit radiation characteristic for example.
  • the multiband antenna has at least a first and a second panel antenna which are placed in a common mechanical structure.
  • Each radiating element of the first panel antenna is connected by a power supply line to the power supply system of the first panel antenna, and each radiating element of the second panel antenna is connected by a power supply line to the panel power supply system. the second panel antenna.
  • a duplexer is inserted into the supply line of at least one radiating element, so as to connect the radiating element to the feed system of the first antenna panel and to the power supply system of the second antenna panel.
  • a mobile telecommunication cell comprises two dual polarization antennas: a first panel antenna operating in the 870-960 MHz low frequency GSM band and a second panel antenna operating in the UMTS 1710-2170 MHz high frequency band.
  • the first panel antenna, operating in the low frequency band has a height of 2.6 m and has ten radiating elements
  • the second panel antenna operating in the high frequency band, has a length of about 1.3 m and comprises ten radiating elements.
  • the site operator must upgrade this telecommunication cell by adding an additional panel antenna designed to operate in a WiMAX-LTE high frequency band, ie 2300-2690 MHz.
  • This third antenna must have radiofrequency performance of a single dual polarized antenna which would include thirteen radiating elements.
  • the site operator wants to combine these three dual polarized panel antennas in the common frame of a multiband antenna. Due to regulatory constraints, the length of this multiband antenna can not exceed the length of the first installed panel antenna operating in the low frequency band, which is a maximum length of 2.6 m. In addition, for reasons of dimensional limitations (due to regulation, total weight, wind load, visual integration, etc ...), the multiband antenna must have the smallest possible width.
  • the embodiment illustrated on the figure 3 is a multiband antenna 30 which includes a 1.3 m long panel antenna 31 having an alignment of eleven radiating elements 32 operating in the WiMAX-LTE high frequency band 2300-2690 MHz.
  • the multiband antenna 30 also comprises a panel antenna 33 with a length of 1.3 m comprising an alignment of ten radiating elements 34 operating in the high frequency band 1710-2170 MHz.
  • Ten radiating elements 35 operating in the 870-960 MHz low frequency band are arranged concentrically with ten radiating elements selected from the radiating elements 32 or 34.
  • the radiating elements 35 are aligned to form a panel antenna 36 which is superimposed on the first two.
  • the total length of the multiband antenna 30 is therefore only 2.6 m, that is to say the length of the antenna panel 36 operating in the low frequency band 870-960 MHz, and its width is the same as that of a panel antenna 31 or 33.
  • the solution is to insert a duplexer in the supply line of at least one of the radiating elements so as to connect the radiating element to the supply system of the first panel antenna 31 and to the supply system of the second panel antenna 34.
  • elements 34A and 34B belonging to the second panel antenna 33 are each connected to a duplexer 37A and 37B respectively.
  • the duplexers 37A, 337B are connected on the one hand to a first power supply network 38 for supplying the radiating elements 32 to feed them in the WiMAX-LTE frequency band 2300-2690 MHz, and on the other hand to a second power supply network 39 for supplying the radiating elements 34 to feed them in the high frequency band 1710-2170 MHz.
  • the two radiating elements 34A and 34B are connected to the first power supply network 38 thanks to the duplexers 37A and 37B respectively.
  • the number of radiating elements 34A, 34B connected to a duplexer is at most equal to N-1, where N is the total number of radiating elements belonging to the first panel antenna and the second panel antenna.
  • duplexer could be inserted into the supply line of at least one radiating element of the first panel antenna 31 and at least one radiating element of the second panel antenna 33.
  • the radiating elements 34A and 34B must be able to operate simultaneously both in the frequency band 1710-2170 MHz and in the frequency band 2300-2690 MHz, but not necessarily identical to each other or to the other radiating elements 32, 34.
  • the radiating elements 32 must be capable of operating in the frequency band 1710-2170 MHz
  • the radiating elements 34 must be capable of operating in the frequency band 2300-2690 MHz. All these radiating elements 32, 34 could be different in the sense of their unit radiation characteristic for example.
  • the elements 35 operating in the frequency band 870-960 MHz because of their particular (concentric) implantation have characteristics which differ from those of the other radiating elements 32, 34, 34A and 34B.
  • radiating elements 34A, 34B belonging to a panel antenna 33 to put them in common with another panel antenna 31 makes it possible not to increase the total length of the multiband antenna 30, while minimizing the number of expensive duplexers used. and heavy, and which cause losses of insertions in the antenna power supply circuit, and consequently reductions in gain.
  • the number of radiating elements 34A, 34B connected to a duplexer is preferably less than the total number N of radiating elements 32, 34 corresponding to the sum of the radiating elements 32, 34 of the first antenna panel 31 and the second antenna panel 33.
  • the embodiment illustrated on the figure 3 allows to use all the available space to offer the best radiation characteristics possible, without exceeding the total length imposed on the multiband antenna 30, nor increase the desirable cost with respect to its characteristics.
  • the table below illustrates the performance of a panel antenna operating in the frequency band 2300-2690 MHz, in terms of gain, calculated according to the number of radiating elements used for a volume and a weight of the antenna. constant multiband.
  • the first line of the table illustrates a panel antenna, similar to the antenna panel 31 of the figure 3 , comprising eleven radiating elements operating in the frequency band 2300-2690 MHz. No duplexer is used, and the gain of the antenna is estimated at 19.5 dBi.
  • the second line of the table illustrates the case where an additional radiating element belonging to a panel antenna housed in the same multiband antenna structure is connected to a duplexer so that it can be used in the 2300-2690 MHz frequency band.
  • the duplexer is of the air cavity resonator type.
  • the gain of the antenna is estimated at 19.85 dBi, an increase of the gain of 0.35 dB.
  • duplexer may be selected from the technology duplexers employing air cavity resonators, dielectric resonators, triplate resonators, microstrip resonators, and surface wave resonators.
  • the TECH1, TECH2 and TECH3 duplexer technologies have decreasing performance, but also a reduction in weight and volume: it would not be possible to simply replace a number of TECH3 technology duplexers by the same number of TECH1 technology duplexers without dramatically increase the cost of the antenna, its weight and volume.
  • the third line of the table illustrates the case where two additional radiating elements, belonging to a panel antenna housed in the same multiband antenna structure, are connected to a duplexer so that they can be used in the 2300-2690 MHz frequency band.
  • This configuration corresponds to the embodiment shown on the figure 3 at the antenna 31 having eleven radiating elements 32, two radiating elements 34A and 34B initially associated with the antenna 33 were added. In this case, a gain improvement of approximately 0.55 dB is observed.
  • the use of thirteen radiating elements leads here to a reduction of about 1 degree of the beamwidth in the vertical plane, which can cause a modification of the radiation of the antenna and therefore require a review of the network engineering telecommunication.
  • the relatively most interesting solution in terms of value of the gain in a given antenna volume is to use a number ER total of radiating elements between fifteen and seventeen, ie four to six additional radiating elements each connected to a TECH2 technology duplexer , which leads to an increase ⁇ G of the gain of the antenna which can reach 0.9 1.1 dB.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

The antenna (20) has a set of antenna panels such as a low frequency antenna, that is placed in a common mechanical structure, where each aerial element (21) such as spiral aerial element, of each panel is connected by a feeder (22) to a supply system of the panel. Each aerial element (23) of anther panel is connected by another feeder (24) to the supply system of the panel. A duplexer (26) is inserted in the feeder of the aerial element so as to connect the aerial element to the supply systems of the antenna panels. The duplexer is selected using a resonator such as dielectric resonator.

Description

La présente invention se rapporte au domaine des antennes de télécommunications transmettant des ondes radioélectriques dans le domaine des hyperfréquences au moyen d'éléments rayonnants. Elle concerne en particulier une antenne multibande destinée plus particulièrement aux applications à la téléphonie cellulaire.The present invention relates to the field of telecommunications antennas transmitting radio waves in the microwave domain by means of radiating elements. It relates in particular to a multiband antenna intended more particularly for cell phone applications.

Les antennes multibandes regroupent habituellement dans une structure mécanique commune plusieurs antennes panneaux. On entend ici par antenne panneau, un alignement d'éléments rayonnants fonctionnant dans un domaine de fréquence donné et comportant son propre système d'alimentation. Toutefois, placer plusieurs antennes panneaux dans un volume fixe et limité crée des contraintes. Il s'agit principalement d'une contrainte sur la taille pour l'antenne multibande regroupant plusieurs antennes panneaux. Cela se traduit par une restriction du nombre d'éléments rayonnants par antenne panneau, entrainant une limitation des performances des antennes panneaux et donc de l'antenne multibande, notamment en gain.Multiband antennas usually group in a common mechanical structure several panel antennas. The term "panel antenna" refers here to an alignment of radiating elements operating in a given frequency range and comprising its own power supply system. However, placing multiple panel antennas in a fixed and limited volume creates constraints. This is primarily a size constraint for the multi-band antenna with multiple panel antennas. This results in a restriction of the number of radiating elements per panel antenna, resulting in a limitation of the performance of the panel antennas and therefore the multiband antenna, especially gain.

Le gain d'une antenne panneau est déterminé par le nombre d'éléments rayonnants, leur disposition dans l'antenne panneau et leur performance individuelle, ainsi que par les performances du dispositif d'alimentation. Il existe une distance optimale entre les éléments qui conduit à un gain optimal. Or il n'est pas possible d'augmenter le nombre d'éléments rayonnants ayant un fonctionnement efficace sans augmenter sensiblement la longueur de l'antenne panneau, avec pour conséquence une augmentation du volume et du poids de l'antenne multibande, de son impact visuel et de son prix, ainsi que notamment de sa résistance au vent.The gain of a panel antenna is determined by the number of radiating elements, their arrangement in the panel antenna and their individual performance, as well as the performance of the power supply device. There is an optimal distance between the elements that leads to optimal gain. However, it is not possible to increase the number of radiating elements having efficient operation without substantially increasing the length of the panel antenna, with the consequence of increasing the volume and the weight of the multiband antenna, of its impact. visual and its price, as well as its resistance to the wind.

La présente invention a pour but de proposer une antenne multibande dont le gain est augmenté par rapport aux antennes de mêmes dimensions de l'art antérieur.The present invention aims to provide a multiband antenna whose gain is increased compared to the antennas of the same dimensions of the prior art.

L'objet de la présente invention est une antenne multibande comportant au moins une première et une deuxième antennes panneaux placées dans une structure mécanique commune. Chaque élément rayonnant de la première antenne panneau est relié par une ligne d'alimentation au système d'alimentation de la première antenne panneau, et chaque élément rayonnant de la deuxième antenne panneau est relié par une ligne d'alimentation au système d'alimentation de la deuxième antenne panneau. Un duplexeur est inséré dans la ligne d'alimentation d'au moins un élément rayonnant, de manière à relier l'élément rayonnant au système d'alimentation de la première antenne panneau et au système d'alimentation de la deuxième antenne panneau.The object of the present invention is a multiband antenna comprising at least a first and a second panel antennas placed in a common mechanical structure. Each radiating element of the first panel antenna is connected by a power supply line to the power supply system of the first panel antenna, and each radiating element of the second panel antenna is connected by a power supply line to the power supply system of the second panel antenna. A duplexer is inserted into the supply line of at least one radiating element, so as to connect the radiating element to the supply system of the first panel antenna and the supply system of the second panel antenna.

De préférence le nombre d'éléments rayonnants reliés à un duplexeur est au plus égal à N-1, N étant le nombre total d'éléments rayonnants appartenant à la première antenne panneau et à la deuxième antenne panneau.Preferably, the number of radiating elements connected to a duplexer is at most equal to N-1, where N is the total number of radiating elements belonging to the first panel antenna and the second panel antenna.

On entend par duplexeur un dispositif passif qui permet une communication bi-directionnelle simultanée au travers d'un canal commun. Dans le cas présent le duplexer se comporte comme deux filtres fonctionnant dans des bandes de fréquence différentes avec un de leur accès mis en commun. Un tel duplexeur permet à l'élément rayonnant auquel il est relié de fonctionner en même temps dans les deux bandes de fréquences associées aux deux systèmes d'alimentation connectés au duplexeur, que ce soit en transmission ou en réception. Il existe plusieurs technologies de réalisation de ces duplexeurs dont le poids, le volume, les performances et le coût sont variables. L'avantage est de permettre la mise en commun d'une seule antenne capable de fonctionner en même temps dans deux bandes de fréquences différentes en lieu et place de deux antennes séparées, chacune fonctionnant séparément dans une seule des deux bandes de fréquence.Duplexer means a passive device that allows simultaneous bi-directional communication through a common channel. In this case the duplexer behaves like two filters operating in different frequency bands with one of their pooled access. Such a duplexer allows the radiating element to which it is connected to operate at the same time in the two frequency bands associated with the two power supply systems connected to the duplexer, whether in transmission or reception. There are several technologies for producing these duplexers whose weight, volume, performance and cost are variable. The advantage is to allow the sharing of a single antenna capable of operating at the same time in two different frequency bands instead of two separate antennas, each operating separately in only one of the two frequency bands.

Cette approche repose sur la maitrise des circuits de couplage pour les signaux phasés. En particulier elle concerne le contrôle de phase dans une antenne panneau (dite aussi "antenne à réseau à commande de phase" ou "phase array antenna" en anglais). Chaque élément rayonnant de l'antenne panneau traite un signal radiofréquence (RF) qui est déphasé par rapport au signal RF traité par un autre élément rayonnant de la même antenne panneau. Le champ combiné de radiations, développé par une antenne panneau en un point distant, est la somme vectorielle des champs rayonnants produit par les éléments rayonnants individuels de l'antenne panneau. Par un contrôle adapté des phases des signaux traités par les éléments rayonnants de l'antenne panneau, il est possible de concentrer fortement un champ combiné de radiations dans une direction souhaitée avec la forme du diagramme de radiation désiré.This approach relies on the mastery of coupling circuits for phased signals. In particular, it relates to phase control in a panel antenna (also called "phased array antenna" or "phase array antenna"). Each radiating element of the panel antenna processes a radiofrequency (RF) signal that is out of phase with the RF signal processed by another radiating element of the same panel antenna. The combined field of radiation, developed by a panel antenna at a distant point, is the vector sum of the radiating fields produced by the individual radiating elements of the panel antenna. By suitably controlling the phases of the signals processed by the radiating elements of the panel antenna, it is possible to strongly focus a combined field of radiation in a desired direction with the shape of the desired radiation pattern.

Selon un mode de réalisation, un duplexeur est inséré dans la ligne d'alimentation d'au moins un élément rayonnant de la première antenne panneau et d'au moins un élément rayonnant de la deuxième antenne panneau.According to one embodiment, a duplexer is inserted in the supply line of at least one radiating element of the first panel antenna and at least one radiating element of the second panel antenna.

Selon un autre mode de réalisation, un élément rayonnant appartenant à une troisième antenne panneau est en outre disposé concentriquement autour d'un élément rayonnant de la première ou de la deuxième antenne panneau.According to another embodiment, a radiating element belonging to a third panel antenna is furthermore arranged concentrically around a radiating element of the first or second panel antenna.

L'invention a aussi pour objet une antenne multibande comportant un alignement de N éléments rayonnants placées dans une structure mécanique commune, n1 éléments rayonnants étant reliés à un système d'alimentation pour un fonctionnement dans une bande de fréquence F1 et n2 éléments rayonnants étant reliés à un système d'alimentation pour un fonctionnement dans une bande de fréquence F2, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre n3 éléments rayonnants, chacun reliés à un duplexeur qui les relie d'une part au système d'alimentation pour un fonctionnement dans la bande de fréquence F1 et d'autre part au système d'alimentation pour un fonctionnement dans la bande de fréquence F2. Le nombre total d'éléments rayonnants est donc N=n1 + n2 + n3.The invention also relates to a multiband antenna comprising an alignment of N radiating elements placed in a common mechanical structure, n1 radiating elements being connected to a supply system for operation in a frequency band F1 and n2 radiating elements being connected to a power system for operation in a frequency band F2, characterized in that it further comprises n3 radiating elements, each connected to a duplexer which connects them on the one hand to the power supply system for operation in the frequency band F1 and secondly to the power system for operation in the frequency band F2. The total number of radiating elements is therefore N = n1 + n2 + n3.

De préférence le nombre n3 d'éléments rayonnants reliés à un duplexeur est strictement inférieur au nombre total N d'éléments rayonnants.Preferably the number n3 of radiating elements connected to a duplexer is strictly less than the total number N of radiating elements.

De préférence le nombre d'éléments rayonnants reliés à un duplexeur est choisi le plus petit possible pour fournir une augmentation de gain la plus élevée possible, à dimensions et poids constants de l'antenne multibande. De la sorte, dans une longueur d'antenne donnée, on s'efforce de laisser le plus possible d'éléments rayonnants non couplés à des duplexeurs.Preferably the number of radiating elements connected to a duplexer is chosen as small as possible to provide the highest possible gain gain at constant dimensions and weights of the multiband antenna. In this way, in a given antenna length, efforts are made to leave as much unlinked radiating elements as possible for duplexers.

Le duplexeur peut être choisi notamment parmi les duplexeurs de technologie employant un résonateur à cavité air, à résonateur diélectrique, à résonateur triplaque, à résonateur microruban et à onde de surface.The duplexer may be chosen in particular from the technology duplexers employing an air cavity resonator, a dielectric resonator, a triplate resonator, a microstrip resonator and a surface wave resonator.

La présente invention a comme avantage d'améliorer la performance en gain d'une antenne multibande tout en limitant l'augmentation de son volume total, ainsi que de son poids et de son coût. Notamment sa longueur est maintenue inchangée.The present invention has the advantage of improving the gain performance of a multiband antenna while limiting the increase in its total volume, as well as its weight and cost. In particular, its length is maintained unchanged.

Par rapport à une antenne multibande de longueur et de largeur déterminées, l'amélioration de la performance en gain permet une division par deux de la largeur d'antenne, par exemple en remplaçant une antenne de type dit "à montage côte-à-côte" ("side by side" en anglais) par une antenne simple pour un niveau de gain du même ordre de grandeur.Compared to a multiband antenna of determined length and width, the improvement of the gain performance allows a division by two of the antenna width, for example by replacing a so-called "side-by-side" type antenna. "(" side by side "in English) by a simple antenna for a gain level of the same order of magnitude.

La performance en gain améliorée permet aussi une réduction de 25% à 60% de la longueur de l'antenne multibande. En effet lorsqu'un trop grand nombre de duplexeurs sont utilisés, il se produit une diminution du gain ce qui rend difficile d'atteindre une réduction par deux de la longueur par comparaison avec une antenne standard.The improved gain performance also allows a 25% to 60% reduction in the length of the multiband antenna. Indeed, when too many duplexers are used, there is a decrease in gain which makes it difficult to achieve a two-fold reduction in length compared to a standard antenna.

L'invention s'applique à tout type d'antenne à réseau à commande de phase à double polarisation comportant des éléments rayonnants, quelle que soit leur forme. L'invention peut aussi être utilisée sans limitation du nombre de bande de fréquence. On l'appliquera par exemple à une antenne multibande comprenant des antennes panneaux telles que des antennes basse fréquence, des antennes haute fréquence, des antennes WiMAX-LTE.The invention applies to any type of dual polarization phase-controlled array antenna having radiating elements, regardless of their shape. The invention can also be used without limiting the number of frequency bands. It will be applied for example to a multiband antenna comprising panel antennas such as low frequency antennas, high frequency antennas, WiMAX-LTE antennas.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation, donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel

  • la figure 1 illustre un mode de réalisation d'une antenne multibande,
  • la figure 2 illustre un autre mode de réalisation d'une antenne multibande,
  • la figure 3 illustre encore un autre mode de réalisation d'une antenne multibande.
Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the following description of embodiments, given of course by way of illustration and not limitation, and in the accompanying drawing in which:
  • the figure 1 illustrates an embodiment of a multiband antenna,
  • the figure 2 illustrates another embodiment of a multiband antenna,
  • the figure 3 illustrates yet another embodiment of a multiband antenna.

Dans un mode de réalisation illustré sur la figure 1, une antenne multibande 1 comprend huit éléments rayonnants 2 alignés. Chacun des éléments rayonnants 2 est relié à un duplexeur 3. Chacun des duplexeurs 3 est connecté d'une part à un réseau d'alimentation 4 destiné à l'alimentation des éléments rayonnants 2 pour leur fonctionnement dans une première bande de fréquence F1, et d'autre part à un réseau d'alimentation 5 destiné à l'alimentation des éléments rayonnants 2 pour leur fonctionnement dans une deuxième bande de fréquence F2. In an embodiment illustrated on the figure 1 , a multiband antenna 1 comprises eight aligned radiating elements 2 . Each of the radiating elements 2 is connected to a duplexer 3. Each of the duplexers 3 is connected on the one hand to a supply network 4 for supplying the radiating elements 2 for their operation in a first frequency band F1, and on the other hand to a supply network 5 for supplying the radiating elements 2 for their operation in a second frequency band F2.

On comprend que chaque duplexeur 3 est placé de manière à alimenter conjointement dans la bande de fréquence F1 et dans la bande de fréquence F2 l'élément rayonnant 2 auquel il est associé, soit au moyen du réseau d'alimentation 4 pour son fonctionnement dans une première bande de fréquence F1, soit au moyen du réseau d'alimentation 5 pour son fonctionnement dans une deuxième bande de fréquence F2 selon les besoins. Bien entendu les éléments rayonnants 2 doivent tous être aptes à fonctionner aussi bien dans la bande de fréquence F1 que dans la bande de fréquence F2, sans toutefois qu'ils soient nécessairement identiques. Ils pourraient être différents au sens de leur caractéristique de rayonnement unitaire par exemple.It will be understood that each duplexer 3 is placed so as to jointly feed in the frequency band F1 and in the frequency band F2 the radiating element 2 with which it is associated, or by means of the supply network 4 for its operation in a first frequency band F1, or by means of the power supply network 5 for its operation in a second frequency band F2 as required. Of course, the radiating elements 2 must all be able to operate both in the frequency band F1 and in the frequency band F2, without necessarily being identical. They could be different in the sense of their characteristic of unitary radiation for example.

Toutefois, dans ce mode de réalisation, le gain de l'antenne multibande, comportant des éléments rayonnants fonctionnant dans la bande de fréquence F1 et dans la bande de fréquence F2, peut être moindre que la somme des gains des antennes panneaux en l'absence de duplexeurs, chacune fonctionnant indépendamment dans sa propre bande de fréquence. En effet la présence des duplexeurs peut entrainer des pertes plus importantes dans le circuit d'alimentation pour un même nombre d'éléments rayonnants. De plus la complexité globale de l'antenne multibande qui en résulte ne garantie pas une maîtrise complète de la stabilité des performances de rayonnement dans chacune des bandes de fréquence F1, F2. Enfin, dans ce mode de réalisation, il est difficile de maintenir notamment le coût, le volume et le poids de l'antenne multibande dans les limites fixées.However, in this embodiment, the gain of the multiband antenna, comprising radiating elements operating in the frequency band F1 and in the frequency band F2, may be less than the sum of the gains of the panel antennas in the absence of duplexers, each operating independently in its own frequency band. Indeed the presence of duplexers can cause greater losses in the power circuit for the same number of radiating elements. Moreover, the overall complexity of the resulting multiband antenna does not guarantee a complete control of the stability of the radiation performance in each of the frequency bands F1, F2. Finally, in this embodiment, it is difficult to maintain in particular the cost, the volume and the weight of the multiband antenna within the limits set.

Dans un autre mode de réalisation, l'antenne multibande comporte un alignement de N éléments rayonnants placées dans une structure mécanique commune, n1 éléments rayonnants étant reliés à un système d'alimentation pour un fonctionnement dans une bande de fréquence F1 et n2 éléments rayonnants étant reliés à un système d'alimentation pour un fonctionnement dans une bande de fréquence F2. L'antenne multibande comporte en outre n3 éléments rayonnants, chacun reliés à un duplexeur qui les relie d'une part au système d'alimentation pour un fonctionnement dans la bande de fréquence F1 et d'autre part au système d'alimentation pour un fonctionnement dans la bande de fréquence F2.In another embodiment, the multiband antenna comprises an alignment of N radiating elements placed in a common mechanical structure, n1 radiating elements being connected to a supply system for operation in a frequency band F1 and n2 radiating elements being connected to a power supply for operation in a frequency band F2. The multiband antenna furthermore comprises n3 radiating elements, each connected to a duplexer which connects them on the one hand to the power supply system for operation in the frequency band F1 and on the other hand to the power supply system for operation. in the frequency band F2.

On considérera maintenant la figure 2 qui illustre cet autre mode de réalisation d'une antenne multibande. L'antenne multibande 20 comprend une première antenne panneau comportant n1 éléments rayonnants 21, par exemple trois, connectés à un premier réseau d'alimentation 22 destiné à l'alimentation des éléments rayonnants 21 pour leur permettre de fonctionner dans une première bande de fréquence F1. L'antenne multibande 20 comprend une deuxième antenne panneau comportant n2 éléments rayonnants 23, par exemple trois, connectés à un deuxième réseau d'alimentation 24 destiné à l'alimentation des éléments rayonnants 23 pour leur permettre de fonctionner dans une première bande de fréquence F2. L'antenne multibande 20 comprend en outre n3 éléments rayonnants 25, par exemple quatre, qui sont chacun relié à un duplexeur 26. Chacun des duplexeurs 26 est connecté d'une part au premier réseau d'alimentation 22 destiné à l'alimentation de l'élément rayonnant 25 associé lorsqu'il doit fonctionner dans la première bande de fréquence F1, et d'autre part au deuxième réseau d'alimentation 24 destiné à l'alimentation de l'élément rayonnant 25 associé lorsqu'il doit fonctionner dans la deuxième bande de fréquence F2. Le nombre N total d'éléments rayonnants de l'antenne multibande vaut donc N = n1 + n2 + n3. Le nombre n3 d'éléments rayonnants reliés à un duplexeur est strictement inférieur au nombre total N d'éléments rayonnants. En effet le nombre d'éléments rayonnants reliés à un duplexeur est choisi le plus petit possible afin de fournir une augmentation de gain la plus élevée possible, à dimensions et poids constants de l'antenne multibande.We will now consider the figure 2 which illustrates this other embodiment of a multiband antenna. The multiband antenna 20 comprises a first panel antenna comprising n1 radiating elements 21, for example three, connected to a first power supply network 22 intended for supplying the radiating elements 21 to enable them to operate in a first frequency band F1 . The multiband antenna 20 comprises a second panel antenna comprising n2 radiating elements 23, for example three, connected to a second supply network 24 intended for supplying the radiating elements 23 to enable them to operate in a first frequency band F2 . The multiband antenna 20 further comprises n3 radiating elements 25, for example four, each of which is connected to a duplexer 26. Each of the duplexers 26 is connected on the one hand to the first power supply network 22 intended for the power supply of the associated radiating element 25 when it is to operate in the first frequency band F1, and secondly to the second supply network 24 for supplying the associated radiating element 25 when it is to operate in the second frequency band F2. The total number N of radiating elements of the multiband antenna is therefore N = n1 + n2 + n3. The number n3 of radiating elements connected to a duplexer is strictly less than the total number N of radiating elements. Indeed the number of radiating elements connected to a duplexer is chosen as small as possible in order to provide the highest possible gain gain, constant dimensions and weight of the multiband antenna.

On comprend que lorsque l'antenne multibande 20 doit fonctionner dans la première bande de fréquence F1, les trois éléments rayonnants 21 et les quatre éléments rayonnants 25 sont opérationnels dans cette bande de fréquence F1. Si on la compare à une antenne de l'art antérieur comportant une première antenne panneau comportant cinq éléments rayonnants et une deuxième antenne panneau comportant également cinq éléments, chacune opérant dans une bande de fréquence différente, on voit que dans le cas de l'antenne multibande 20, pour un même total de dix éléments rayonnants, ce sont sept éléments rayonnants 21, 25 qui fonctionnent dans la bande de fréquence F1 et contribuent à augmenter le gain de l'antenne multibande 20 par rapport à la contribution d'une antenne panneau à cinq éléments rayonnants de l'art antérieur.It will be understood that when the multiband antenna 20 is to operate in the first frequency band F1, the three radiating elements 21 and the four radiating elements 25 are operational in this frequency band F1. Compared to a prior art antenna having a first panel antenna having five radiating elements and a second panel antenna also having five elements, each operating in a different frequency band, it is seen that in the case of the antenna multiband 20, for the same total of ten radiating elements, there are seven radiating elements 21, 25 which operate in the frequency band F1 and contribute to increasing the gain of the multiband antenna 20 with respect to the contribution of a panel antenna with five radiating elements of the prior art.

De même, lorsque l'antenne multibande 20 doit fonctionner dans la deuxième bande de fréquence F2, les trois éléments rayonnants 23 et les quatre éléments rayonnants 25 sont opérationnels, soit au total sept éléments rayonnants 23, 25. Bien entendus les éléments rayonnants 25 doivent être aptes à fonctionner simultanément aussi bien dans la bande de fréquence F1 que dans la bande de fréquence F2, sans toutefois qu'ils soient nécessairement identiques entre eux ou aux autres éléments rayonnants 21, 23. Les n1 éléments rayonnants 21 doivent être aptes à fonctionner dans la bande de fréquence F1, et les n2 éléments rayonnants 23 doivent être aptes à fonctionner dans la bande de fréquence F2. Tous ces éléments rayonnants 21, 23, 25 pourraient être différents au sens de leur caractéristique de rayonnement unitaire par exemple.Likewise, when the multiband antenna 20 is to operate in the second frequency band F2, the three radiating elements 23 and the four radiating elements 25 are operational, ie a total of seven radiating elements 23, 25. Of course, the radiating elements 25 must to be able to operate simultaneously both in the frequency band F1 and in the frequency band F2, without necessarily being identical with each other or with the other radiating elements 21, 23. The n1 radiating elements 21 must be able to operate in the frequency band F1, and the n2 radiating elements 23 must be able to operate in the frequency band F2. All these radiating elements 21, 23, 25 could be different in the sense of their unit radiation characteristic for example.

Sur la figure 3, on donne l'exemple d'un autre mode de réalisation d'une antenne multibande. Dans ce mode de réalisation, l'antenne multibande comporte au moins une première et une deuxième antennes panneaux qui sont placées dans une structure mécanique commune. Chaque élément rayonnant de la première antenne panneau est relié par une ligne d'alimentation au système d'alimentation de la première antenne panneau, et chaque élément rayonnant de la deuxième antenne panneau est relié par une ligne d'alimentation au système d'alimentation de la deuxième antenne panneau. Un duplexeur est inséré dans la ligne d'alimentation d'au moins un élément rayonnant, de manière à relier l'élément rayonnant au système d'alimentation de la première antenne panneau et au système d'alimentation de la deuxième antenne panneau.On the figure 3 an example of another embodiment of a multiband antenna is given. In this embodiment, the multiband antenna has at least a first and a second panel antenna which are placed in a common mechanical structure. Each radiating element of the first panel antenna is connected by a power supply line to the power supply system of the first panel antenna, and each radiating element of the second panel antenna is connected by a power supply line to the panel power supply system. the second panel antenna. A duplexer is inserted into the supply line of at least one radiating element, so as to connect the radiating element to the feed system of the first antenna panel and to the power supply system of the second antenna panel.

Considérons le cas où une cellule de télécommunication mobile comprend deux antennes à double polarisation : une première antenne panneau fonctionnant dans la bande de basse fréquence GSM 870-960 MHz et une deuxième antenne panneau fonctionnant dans la bande de haute fréquence UMTS 1710-2170 MHz. La première antenne panneau, fonctionnant dans la bande de basse fréquence, a une hauteur de 2,6 m et comporte dix éléments rayonnants, et la deuxième antenne panneau, fonctionnant dans la bande de haute fréquence, a une longueur d'environ 1,3 m et comporte dix éléments rayonnants. L'exploitant du site doit mettre à niveau cette cellule de télécommunication en y ajoutant une antenne panneau supplémentaire destinée à fonctionner dans une bande de haute fréquence WiMAX-LTE, soit 2300-2690 MHZ. Cette troisième antenne doit présenter des performances radiofréquences d'une seule antenne à double polarisation qui comporterait treize éléments rayonnants. En outre l'exploitant du site tient à regrouper ces trois antennes panneaux à double polarisation dans le châssis commun d'une antenne multibande. En raison de contraintes liées à la réglementation, la longueur de cette antenne multibande ne peut pas dépasser la longueur de la première antenne panneau déjà installée fonctionnant dans la bande de basse fréquence, soit une longueur maximale de 2,6 m. En outre, pour des raisons de limitations dimensionnelles (dues à la réglementation, au poids total, à la charge du vent, à l'intégration visuelle, etc...), l'antenne multibande doit présenter une largeur la plus faible possible.Consider the case where a mobile telecommunication cell comprises two dual polarization antennas: a first panel antenna operating in the 870-960 MHz low frequency GSM band and a second panel antenna operating in the UMTS 1710-2170 MHz high frequency band. The first panel antenna, operating in the low frequency band, has a height of 2.6 m and has ten radiating elements, and the second panel antenna, operating in the high frequency band, has a length of about 1.3 m and comprises ten radiating elements. The site operator must upgrade this telecommunication cell by adding an additional panel antenna designed to operate in a WiMAX-LTE high frequency band, ie 2300-2690 MHz. This third antenna must have radiofrequency performance of a single dual polarized antenna which would include thirteen radiating elements. In addition the site operator wants to combine these three dual polarized panel antennas in the common frame of a multiband antenna. Due to regulatory constraints, the length of this multiband antenna can not exceed the length of the first installed panel antenna operating in the low frequency band, which is a maximum length of 2.6 m. In addition, for reasons of dimensional limitations (due to regulation, total weight, wind load, visual integration, etc ...), the multiband antenna must have the smallest possible width.

Le mode de réalisation illustrée sur la figure 3 est une antenne multibande 30 qui comprend une antenne panneau 31 de 1,3 m de longueur comportant un alignement de onze éléments rayonnants 32 fonctionnant dans la bande de haute fréquence WiMAX-LTE 2300-2690 MHz. L'antenne multibande 30 comprend aussi une antenne panneau 33 d'une longueur de 1,3 m comportant un alignement de dix éléments rayonnants 34 fonctionnant dans la bande de haute fréquence 1710-2170 MHz. Dix éléments rayonnants 35 fonctionnant dans la bande de basse fréquence 870-960 MHz sont disposés concentriquement à dix éléments rayonnants choisis parmi les éléments rayonnants 32 ou 34. Les éléments rayonnants 35 sont alignés pour composer une antenne panneau 36 qui se superpose aux deux premières. Ainsi la longueur totale de l'antenne multibande 30 n'est donc que de 2,6 m, c'est-à-dire la longueur de l'antenne panneau 36 fonctionnant dans la bande de basse fréquence 870-960 MHz, et sa largeur est la même que celle d'une antenne panneau 31 ou 33. The embodiment illustrated on the figure 3 is a multiband antenna 30 which includes a 1.3 m long panel antenna 31 having an alignment of eleven radiating elements 32 operating in the WiMAX-LTE high frequency band 2300-2690 MHz. The multiband antenna 30 also comprises a panel antenna 33 with a length of 1.3 m comprising an alignment of ten radiating elements 34 operating in the high frequency band 1710-2170 MHz. Ten radiating elements 35 operating in the 870-960 MHz low frequency band are arranged concentrically with ten radiating elements selected from the radiating elements 32 or 34. The radiating elements 35 are aligned to form a panel antenna 36 which is superimposed on the first two. Thus the total length of the multiband antenna 30 is therefore only 2.6 m, that is to say the length of the antenna panel 36 operating in the low frequency band 870-960 MHz, and its width is the same as that of a panel antenna 31 or 33.

Dans le cas où on a besoin d'un gain plus élevé sur la bande haute fréquence WiMAX-LTE, il est évident qu'il n'est pas possible d'ajouter des éléments rayonnants sans accroître les dimensions de l'antenne multibande 30. La solution est d'insérer un duplexeur dans la ligne d'alimentation d'au moins un des éléments rayonnants de manière à relier l'élément rayonnant au système d'alimentation de la première antenne panneau 31 et au système d'alimentation de la deuxième antenne panneau 34. In the case where a higher gain is required on the WiMAX-LTE high frequency band, it is obvious that it is not possible to add radiating elements without increasing the size of the multiband antenna 30. The solution is to insert a duplexer in the supply line of at least one of the radiating elements so as to connect the radiating element to the supply system of the first panel antenna 31 and to the supply system of the second panel antenna 34.

Afin de maintenir inchangé le volume total de l'antenne multibande 30, des éléments 34A et 34B, appartenant à la deuxième antenne panneau 33, sont chacun relié à un duplexeur 37A et 37B respectivement. Les duplexeurs 37A, 337B sont reliés d'une part à un premier réseau d'alimentation 38 destiné à l'alimentation des éléments rayonnants 32 pour les alimenter dans la bande de fréquence WiMAX-LTE 2300-2690 MHz, et d'autre part à un deuxième réseau d'alimentation 39 destiné à l'alimentation des éléments rayonnants 34 pour les alimenter dans la bande de haute fréquence 1710-2170 MHz. Lorsqu'il est nécessaire d'augmenter le gain de l'antenne multibande 30 dans la bande de haute fréquence WiMAX-LTE 2300-2690 MHz, les deux éléments rayonnants 34A et 34B sont connectés.au premier réseau d'alimentation 38 grâce aux duplexeurs 37A et 37B respectivement. Le nombre d'éléments rayonnants 34A, 34B reliés à un duplexeur est au plus égal à N-1, N étant le nombre total d'éléments rayonnants appartenant à la première antenne panneau et à la deuxième antenne panneau.In order to keep the total volume of the multiband antenna 30 unchanged , elements 34A and 34B belonging to the second panel antenna 33 are each connected to a duplexer 37A and 37B respectively. The duplexers 37A, 337B are connected on the one hand to a first power supply network 38 for supplying the radiating elements 32 to feed them in the WiMAX-LTE frequency band 2300-2690 MHz, and on the other hand to a second power supply network 39 for supplying the radiating elements 34 to feed them in the high frequency band 1710-2170 MHz. When it is necessary to increase the gain of the multiband antenna 30 in the WiMAX-LTE high frequency band 2300-2690 MHz, the two radiating elements 34A and 34B are connected to the first power supply network 38 thanks to the duplexers 37A and 37B respectively. The number of radiating elements 34A, 34B connected to a duplexer is at most equal to N-1, where N is the total number of radiating elements belonging to the first panel antenna and the second panel antenna.

Alternativement un duplexeur pourrait être inséré dans la ligne d'alimentation d'au moins un élément rayonnant de la première antenne panneau 31 et d'au moins un élément rayonnant de la deuxième antenne panneau 33. Alternatively a duplexer could be inserted into the supply line of at least one radiating element of the first panel antenna 31 and at least one radiating element of the second panel antenna 33.

Cependant, limiter le nombre d'éléments rayonnants 34A, 34B fonctionnant dans la bande de haute fréquence 1710-2170 MHz et dans la bande de fréquence WIMAX-LTE 2300-2690 MHz, à l'intérieur de la structure d'antenne multibande 30, diminue le degré de complexité globale de l'antenne multibande 30, ce qui permet la maîtrise de la stabilité des performances de rayonnement dans la bande haute fréquence et la bande WiMAX-LTE.However, limiting the number of radiating elements 34A, 34B operating in the 1710-2170 MHz high frequency band and in the WIMAX-LTE 2300-2690 MHz frequency band, inside the multiband antenna structure 30, decreases the overall complexity of the multiband antenna 30, which allows control of the stability of the radiation performance in the high frequency band and the WiMAX-LTE band.

Bien entendus les éléments rayonnants 34A et 34B doivent être aptes à fonctionner simultanément aussi bien dans la bande de fréquence 1710-2170 MHz que dans la bande de fréquence 2300-2690 MHz, sans toutefois qu'ils soient nécessairement identiques entre eux ou aux autres éléments rayonnants 32, 34. Les éléments rayonnants 32 doivent être aptes à fonctionner dans la bande de fréquence 1710-2170 MHz, et les éléments rayonnants 34 doivent être aptes à fonctionner dans la bande de fréquence 2300-2690 MHz. Tous ces éléments rayonnants 32, 34 pourraient être différents au sens de leur caractéristique de rayonnement unitaire par exemple. Néanmoins les éléments 35 fonctionnant dans la bande de fréquence 870-960 MHz du fait de leur implantation particulière (concentrique) ont des caractéristiques qui diffèrent de celles des autres éléments rayonnants 32, 34, 34A et 34B. Of course, the radiating elements 34A and 34B must be able to operate simultaneously both in the frequency band 1710-2170 MHz and in the frequency band 2300-2690 MHz, but not necessarily identical to each other or to the other radiating elements 32, 34. The radiating elements 32 must be capable of operating in the frequency band 1710-2170 MHz, and the radiating elements 34 must be capable of operating in the frequency band 2300-2690 MHz. All these radiating elements 32, 34 could be different in the sense of their unit radiation characteristic for example. Nevertheless, the elements 35 operating in the frequency band 870-960 MHz because of their particular (concentric) implantation have characteristics which differ from those of the other radiating elements 32, 34, 34A and 34B.

Utiliser des éléments rayonnants 34A, 34B appartenant à une antenne panneau 33 pour les mettre en commun avec une autre antenne panneau 31 permet de ne pas augmenter la longueur totale de l'antenne multibande 30, tout en minimisant le nombre de duplexeurs utilisés qui sont coûteux et lourds, et qui provoquent des pertes d'insertions dans le circuit d'alimentation de l'antenne, et par conséquent des réductions de gain. Toutefois le nombre d'éléments rayonnants 34A, 34B reliés à un duplexeur est de préférence inférieur au nombre total N d'éléments rayonnants 32, 34 correspondant à la somme des éléments rayonnants 32, 34 de la première antenne panneau 31 et de la deuxième antenne panneau 33. Le mode de réalisation illustrée sur la figure 3 permet d'utiliser toute la place disponible pour offrir les meilleurs caractéristiques de rayonnement possible, sans dépasser la longueur totale imposée à l'antenne multibande 30, ni augmenter le coût souhaitable par rapport à ses caractéristiques.Using radiating elements 34A, 34B belonging to a panel antenna 33 to put them in common with another panel antenna 31 makes it possible not to increase the total length of the multiband antenna 30, while minimizing the number of expensive duplexers used. and heavy, and which cause losses of insertions in the antenna power supply circuit, and consequently reductions in gain. However, the number of radiating elements 34A, 34B connected to a duplexer is preferably less than the total number N of radiating elements 32, 34 corresponding to the sum of the radiating elements 32, 34 of the first antenna panel 31 and the second antenna panel 33. The embodiment illustrated on the figure 3 allows to use all the available space to offer the best radiation characteristics possible, without exceeding the total length imposed on the multiband antenna 30, nor increase the desirable cost with respect to its characteristics.

Le tableau ci-dessous illustre les performances d'une antenne panneau fonctionnant dans la bande de fréquence 2300-2690 MHz, en terme de gain, calculées selon le nombre d'éléments rayonnants mis en oeuvre pour un volume et un poids de l'antenne multibande constants.The table below illustrates the performance of a panel antenna operating in the frequency band 2300-2690 MHz, in terms of gain, calculated according to the number of radiating elements used for a volume and a weight of the antenna. constant multiband.

Dans les colonnes du tableau ci-dessous:

  • ER est le nombre d'éléments rayonnants utilisés dans la bande de fréquence 2300-2690 MHz,
  • LF est la largeur du faisceau dans le plan vertical (exprimée en degrés),
  • Gmax est le gain maximum calculé de l'antenne panneau en l'absence de pertes (exprimé en dBi),
  • D est le nombre de duplexeurs utilisés,
  • TECH est la technologie de duplexeur utilisée dans chaque cas:
    • TECH1 : résonateurs à cavité air ("air cavity resonator" en anglais),
    • TECH2 : résonateurs triplaques ("stripline" en anglais),
    • TECH3 : résonateurs microrubans ("microstrip" en anglais),
  • P/D sont les pertes par duplexeur (exprimées en dB),
  • PT sont les pertes totales estimées du circuit d'alimentation de l'antenne panneau (exprimées en dB),
  • G est le gain maximum calculé de l'antenne panneau en tenant compte des pertes (exprimé en dBi), et
  • ΔG est l'augmentation espérée du gain de l'antenne panneau (exprimé en dB) en prenant l'exemple de la première ligne (ER = 11) comme référence.
TABLEAU ER LF vertical Gmax (dBi) D TECH P/D (dB) PT (dBi) G (dBi) ΔG (dB) 11 4,9 20,5 0 0 1 19,5 0 12 4,5 21 1 TECH1 0,25 1,15 19,85 0,35 13 4,1 21,3 2 TECH1 0,25 1,25 20,05 0,55 14 3,8 21,7 3 TECH2 0,6 1,45 20,25 0,75 15 3,5 22 4 TECH2 0,6 1,6 20,4 0,9 16 3,3 22,3 5 TECH2 1 1,85 20,45 0,95 17 3,1 22,6 6 TECH2 1 2 20,6 1,1 18 2,9 22,8 7 TECH3 3 2,8 20 0,5 19 2,8 23,1 8 TECH3 3 3 20,1 0,6 20 2,6 23,3 9 TECH3 3 3,15 20,15 0,65 21 2,5 23,5 10 TECH3 3 3 20,5 1 In the columns of the table below:
  • ER is the number of radiating elements used in the frequency band 2300-2690 MHz,
  • LF is the beam width in the vertical plane (expressed in degrees),
  • Gmax is the maximum calculated gain of the panel antenna in the absence of losses (expressed in dBi),
  • D is the number of duplexers used,
  • TECH is the duplexer technology used in each case:
    • TECH1: air cavity resonators ("air cavity resonator" in English),
    • TECH2: stripline resonators ("stripline" in English),
    • TECH3: microstrip resonators ("microstrip" in English),
  • P / D are the duplexer losses (expressed in dB),
  • PT are the estimated total losses of the panel antenna power supply circuit (expressed in dB),
  • G is the calculated maximum gain of the panel antenna taking into account losses (expressed in dBi), and
  • ΔG is the expected increase of panel antenna gain (expressed in dB) by taking the example of the first line (ER = 11) as a reference.
BOARD ER Vertical LF Gmax (dBi) D TECH P / D (dB) PT (dBi) G (dBi) ΔG (dB) 11 4.9 20.5 0 0 1 19.5 0 12 4.5 21 1 TECH1 0.25 1.15 19.85 0.35 13 4.1 21.3 2 TECH1 0.25 1.25 20,05 0.55 14 3.8 21.7 3 Tech2 0.6 1.45 20.25 0.75 15 3.5 22 4 Tech2 0.6 1.6 20.4 0.9 16 3.3 22.3 5 Tech2 1 1.85 20.45 0.95 17 3.1 22.6 6 Tech2 1 2 20.6 1.1 18 2.9 22.8 7 TECH3 3 2.8 20 0.5 19 2.8 23.1 8 TECH3 3 3 20.1 0.6 20 2.6 23.3 9 TECH3 3 3.15 20.15 0.65 21 2.5 23.5 10 TECH3 3 3 20.5 1

La première ligne du tableau illustre une antenne panneau, analogue à l'antenne panneau 31 de la figure 3, comportant onze éléments rayonnants fonctionnant dans la bande de fréquence 2300-2690 MHz. Aucun duplexeur n'est utilisé, et le gain de l'antenne est estimé à 19,5 dBi.The first line of the table illustrates a panel antenna, similar to the antenna panel 31 of the figure 3 , comprising eleven radiating elements operating in the frequency band 2300-2690 MHz. No duplexer is used, and the gain of the antenna is estimated at 19.5 dBi.

La deuxième ligne du tableau illustre le cas où un élément rayonnant supplémentaire, appartenant à une antenne panneau logée dans la même structure d'antenne multibande, est relié à un duplexeur afin de pouvoir être utilisé dans la bande de fréquence 2300-2690 MHz. Le duplexeur est dans ce cas de type résonateurs à cavité air. Le gain de l'antenne est estimé à 19,85 dBi, soit une augmentation du gain de 0,35 dB.The second line of the table illustrates the case where an additional radiating element belonging to a panel antenna housed in the same multiband antenna structure is connected to a duplexer so that it can be used in the 2300-2690 MHz frequency band. In this case, the duplexer is of the air cavity resonator type. The gain of the antenna is estimated at 19.85 dBi, an increase of the gain of 0.35 dB.

En raison des contraintes liées au volume et au poids de l'antenne multibande, différentes technologies de duplexeur doivent être utilisées en fonction de l'encombrement et du poids du nombre de duplexeurs nécessaire : par exemple le duplexeur peut être choisi parmi les duplexeurs de technologie employant des résonateurs à cavité air, à résonateur diélectrique, à résonateur triplaque, à résonateur microruban et à onde de surface. En particulier, les technologies de duplexeur TECH1, TECH2 et TECH3 présentent des performances décroissantes, mais également une diminution de poids et de volume : on ne pourrait pas remplacer simplement un nombre de duplexeurs de technologie TECH3 par le même nombre de duplexeurs de technologie TECH1 sans dramatiquement augmenter le cout de l'antenne, son poids et son volume.Due to the volume and weight constraints of the multiband antenna, different duplexer technologies must be used depending on the size and weight of the number of duplexers required: for example the duplexer may be selected from the technology duplexers employing air cavity resonators, dielectric resonators, triplate resonators, microstrip resonators, and surface wave resonators. In particular, the TECH1, TECH2 and TECH3 duplexer technologies have decreasing performance, but also a reduction in weight and volume: it would not be possible to simply replace a number of TECH3 technology duplexers by the same number of TECH1 technology duplexers without dramatically increase the cost of the antenna, its weight and volume.

La troisième ligne du tableau illustre le cas où deux éléments rayonnants supplémentaire, appartenant à une antenne panneau logée dans la même structure d'antenne multibande, est relié à un duplexeur afin de pouvoir être utilisé dans la bande de fréquence 2300-2690 MHz. Cette configuration correspond au mode de réalisation représenté sur la figure 3 : à l'antenne 31 comportant onze éléments rayonnants 32, on a ajouté deux éléments rayonnants 34A et 34B initialement associés à l'antenne 33. Dans ce cas on observe une amélioration du gain d'environ 0,55 dB.The third line of the table illustrates the case where two additional radiating elements, belonging to a panel antenna housed in the same multiband antenna structure, are connected to a duplexer so that they can be used in the 2300-2690 MHz frequency band. This configuration corresponds to the embodiment shown on the figure 3 at the antenna 31 having eleven radiating elements 32, two radiating elements 34A and 34B initially associated with the antenna 33 were added. In this case, a gain improvement of approximately 0.55 dB is observed.

Cependant l'utilisation de treize éléments rayonnants conduit ici à une réduction d'environ 1 degré de la largeur de faisceau dans le plan vertical, ce qui peut entrainer une modification du rayonnement de l'antenne et donc nécessiter de revoir l'ingénierie du réseau de télécommunication.However, the use of thirteen radiating elements leads here to a reduction of about 1 degree of the beamwidth in the vertical plane, which can cause a modification of the radiation of the antenna and therefore require a review of the network engineering telecommunication.

Dans l'exemple illustré dans ce tableau, en considérant notamment les pertes PT totales estimées et le nombre D de duplexeurs utilisés, la solution relativement la plus intéressante en terme de valeur du gain dans un volume d'antenne donnée est d'utiliser un nombre ER total d'éléments rayonnants compris entre quinze et dix-sept, soit quatre à six éléments rayonnants supplémentaires chacun relié à un duplexeur de technologie TECH2, ce qui conduit à une augmentation ΔG du gain de l'antenne qui peut atteindre 0,9-1,1 dB.In the example illustrated in this table, considering in particular the estimated total losses PT and the number D of duplexers used, the relatively most interesting solution in terms of value of the gain in a given antenna volume is to use a number ER total of radiating elements between fifteen and seventeen, ie four to six additional radiating elements each connected to a TECH2 technology duplexer , which leads to an increase ΔG of the gain of the antenna which can reach 0.9 1.1 dB.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. En particulier, on pourra sans sortir du cadre de l'invention utiliser des éléments rayonnants de tout type et toute forme (spirale, Log périodique, noeud papillon ou "Bow Tie", en croix ou "cross bow tie", papillon ou "butterfly", etc...).Of course, the present invention is not limited to the described embodiments, but it is capable of many variants accessible to those skilled in the art without departing from the spirit of the invention. In particular, without departing from the scope of the invention, it will be possible to use radiating elements of any type and any shape (spiral, periodic log, bow or bow tie, cross or cross bow tie, butterfly or butterfly ", etc ...).

Claims (8)

Antenne multibande comportant au moins une première et une deuxième antennes panneaux placées dans une structure mécanique commune, chaque élément rayonnant de la première antenne panneau étant relié par une ligne d'alimentation au système d'alimentation de la première antenne panneau, et chaque élément rayonnant de la deuxième antenne panneau étant relié par une ligne d'alimentation au système d'alimentation de la deuxième antenne panneau, caractérisée en ce que un duplexeur est inséré dans la ligne d'alimentation d'au moins un élément rayonnant, de manière à relier l'élément rayonnant au système d'alimentation de la première antenne panneau et au système d'alimentation de la deuxième antenne panneau.A multiband antenna having at least first and second panel antennas placed in a common mechanical structure, each radiating element of the first panel antenna being connected by a power supply line to the power supply system of the first panel antenna, and each radiating element of the second panel antenna being connected by a power supply line to the power supply system of the second panel antenna, characterized in that a duplexer is inserted in the supply line of at least one radiating element, so as to connect the radiating element to the power supply system of the first panel antenna and the power supply system of the second panel antenna. Antenne multibande selon la revendication 1, dans laquelle le nombre d'éléments rayonnants reliés à un duplexeur est au plus égal à N-1, N étant le nombre total d'éléments rayonnants appartenant à la première antenne panneau et à la deuxième antenne panneauA multiband antenna according to claim 1, wherein the number of radiating elements connected to a duplexer is at most equal to N-1, where N is the total number of radiating elements belonging to the first panel antenna and the second panel antenna Antenne multibande selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle un duplexeur est inséré dans la ligne d'alimentation d'au moins un élément rayonnant de la première antenne panneau et un duplexeur est inséré dans la ligne d'alimentation d'au moins un élément rayonnant de la deuxième antenne panneau.Multiband antenna according to one of claims 1 and 2, wherein a duplexer is inserted in the supply line of at least one radiating element of the first panel antenna and a duplexer is inserted in the supply line of at minus one radiating element of the second panel antenna. Antenne multibande selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle un élément rayonnant appartenant à une troisième antenne panneau est en outre disposé concentriquement autour d'un élément rayonnant de la première ou de la deuxième antenne panneau.A multiband antenna according to one of claims 1 to 3, wherein a radiating element belonging to a third panel antenna is further concentrically disposed around a radiating element of the first or second panel antenna. Antenne multibande comportant un alignement de N éléments rayonnants placées dans une structure mécanique commune, n1 éléments rayonnants étant reliés à un système d'alimentation pour un fonctionnement dans une bande de fréquence F1 et n2 éléments rayonnants étant reliés à un système d'alimentation pour un fonctionnement dans une bande de fréquence F2, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre n3 éléments rayonnants, chacun reliés à un duplexeur qui les relie d'une part au système d'alimentation pour un fonctionnement dans la bande de fréquence F1 et d'autre part au système d'alimentation pour un fonctionnement dans la bande de fréquence F2.Multiband antenna comprising an alignment of N radiating elements placed in a common mechanical structure, n1 radiating elements being connected to a supply system for operation in a frequency band F1 and n2 radiating elements being connected to a supply system for a operating in a frequency band F2, characterized in that it further comprises n3 radiating elements, each connected to a duplexer which connects them on the one hand to the power supply system for one operating in the frequency band F1 and secondly to the power system for operation in the frequency band F2. Antenne multibande selon la revendication 5, dans laquelle le nombre n3 d'éléments rayonnants reliés à un duplexeur est strictement inférieur au nombre total N d'éléments rayonnants.A multiband antenna according to claim 5, wherein the number n3 of radiating elements connected to a duplexer is strictly less than the total number N of radiating elements. Antenne multibande selon l'une des revendications 1 et 5, dans laquelle le nombre d'éléments rayonnants reliés à un duplexeur est choisi le plus petit possible pour fournir une augmentation de gain la plus élevée possible, à dimensions et poids constants de l'antenne multibande.Multiband antenna according to one of claims 1 and 5, wherein the number of radiating elements connected to a duplexer is chosen as small as possible to provide a gain increase as high as possible, constant size and weight of the antenna multiband. Antenne multibande selon l'une des revendications 1 et 5, dans laquelle le duplexeur est choisi parmi les duplexeurs de technologie employant un résonateur à cavité air, à résonateur diélectrique, à résonateur triplaque, à résonateur microruban et à onde de surface.A multiband antenna according to one of claims 1 and 5, wherein the duplexer is selected from technology duplexers employing an air cavity resonator, dielectric resonator, triplate resonator, microstrip resonator and surface wave.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4689627A (en) * 1983-05-20 1987-08-25 Hughes Aircraft Company Dual band phased antenna array using wideband element with diplexer
US5982337A (en) * 1998-02-20 1999-11-09 Marconi Aerospace Systems Inc. Cellular antennas for stratosphere coverage of multi-band annular earth pattern
US20050035825A1 (en) * 2003-07-18 2005-02-17 Carson James Crawford Double-sided, edge-mounted stripline signal processing modules and modular network

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4689627A (en) * 1983-05-20 1987-08-25 Hughes Aircraft Company Dual band phased antenna array using wideband element with diplexer
US5982337A (en) * 1998-02-20 1999-11-09 Marconi Aerospace Systems Inc. Cellular antennas for stratosphere coverage of multi-band annular earth pattern
US20050035825A1 (en) * 2003-07-18 2005-02-17 Carson James Crawford Double-sided, edge-mounted stripline signal processing modules and modular network

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