FR2828014A1 - Antenna for flat antennae receiving signals of Ultra and Very High Frequency incorporates a feed circuit, a parallel surface conductor and at least one conducting block connected to the micro-tape of the feed circuit and the earth surface - Google Patents
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Abstract
Description
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L'invention a trait aux antennes planes. The invention relates to planar antennas.
Elle vise à fournir une telle antenne qui soit tout à la fois performante en matière de réception et commode d'utilisation. It aims to provide such an antenna which is both efficient in terms of reception and convenient to use.
Elle propose à cet effet une antenne, caractérisée en ce qu'elle comporte : - Un circuit d'alimentation comportant une plaque diélectrique ; une ligne microruban disposée contre une première face de ladite plaque, ladite ligne microruban s'étendant suivant une direction longitudinale entre une extrémité libre et une extrémité de connexion ; et un plan de masse disposé contre la seconde face de ladite plaque, ledit plan de masse présentant une fente rayonnante s'étendant suivant une direction transversale, de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban et à l'écart par rapport l'extrémité libre de cette ligne ; - un plan conducteur disposé parallèlement audit circuit d'alimentation du côté de ladite ligne microruban, une matière isolante étant présente entre ledit circuit d'alimentation et ledit plan conducteur ; - un pavé conducteur, disposé parallèlement audit circuit d'alimentation du côté dudit plan de masse, une matière isolante étant présente entre ledit circuit d'alimentation et ledit premier pavé, celui-ci s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite fente suivant ladite direction longitudinale et s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban suivant ladite direction transversale, la dimension dudit pavé conducteur suivant ladite direction transversale étant est plus petite que la dimension de ladite fente suivant cette direction ; et - un moyen de connexion respectivement audit plan de masse et à ladite ligne microruban au niveau de ladite extrémité de connexion. To this end, it offers an antenna, characterized in that it comprises: - A supply circuit comprising a dielectric plate; a microstrip line disposed against a first face of said plate, said microstrip line extending in a longitudinal direction between a free end and a connection end; and a ground plane disposed against the second face of said plate, said ground plane having a radiating slit extending in a transverse direction, on either side with respect to said microstrip line and away from l free end of this line; - a conductive plane arranged parallel to said supply circuit on the side of said microstrip line, an insulating material being present between said supply circuit and said conductive plane; a conductive block, arranged parallel to said supply circuit on the side of said ground plane, an insulating material being present between said supply circuit and said first block, the latter extending on either side relative to said slit in said longitudinal direction and extending on either side relative to said microstrip line in said transverse direction, the dimension of said conductive block in said transverse direction being is smaller than the dimension of said slit in this direction; and a means of connection respectively to said ground plane and to said microstrip line at said connection end.
Bien que cela soit surprenant, l'inventeur a pu établir que la combinaison d'un circuit d'alimentation avec, d'un côté, un plan conducteur qui joue le rôle d'un réflecteur et, de l'autre côté, un pavé conducteur dimensionné comme exposé ci-dessus, c'est-à-dire sous-dimensionné par rapport aux règles Although this is surprising, the inventor has been able to establish that the combination of a supply circuit with, on one side, a conducting plane which acts as a reflector and, on the other side, a block conductor sized as stated above, i.e. undersized with respect to the rules
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conventionnelles de construction d'une antenne, permet d'obtenir d'excellentes performances. conventional antenna construction, provides excellent performance.
On notera que l'inventeur a également établi qu'il est possible, avec une antenne selon l'invention, d'obtenir un grand angle d'ouverture, pouvant par exemple atteindre 60 , ce qui rend le pointage de l'antenne particulièrement aisé. It will be noted that the inventor has also established that it is possible, with an antenna according to the invention, to obtain a large opening angle, which can for example reach 60, which makes pointing the antenna particularly easy. .
Par ailleurs, le caractère plan de l'antenne selon l'invention lui confère une excellente commodité d'utilisation. Furthermore, the planar nature of the antenna according to the invention gives it excellent convenience of use.
Selon des caractéristiques préférées pour des raisons pratiques de mise en oeuvre, suivant ladite direction longitudinale, la dimension du pavé conducteur
est inférieure à Xi/2, Xd étant égal à k,/Fgr, avec A, 1 qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de la bande UHF, soit 665 MHz, Er étant la permittivité relative de la matière isolante présente entre le circuit d'alimentation et le pavé conducteur. According to preferred characteristics for practical reasons of implementation, in said longitudinal direction, the size of the conductive pad
is less than Xi / 2, Xd being equal to k, / Fgr, with A, 1 which is the wavelength corresponding to the central frequency of the UHF band, i.e. 665 MHz, Er being the relative permittivity of the insulating material between the power circuit and the conductive pad.
Selon d'autres caractéristiques préférées, l'antenne selon l'invention comporte en outre : - un deuxième pavé conducteur, disposé parallèlement au premier pavé conducteur à l'opposé dudit circuit d'alimentation, une matière isolante étant présente entre ledit premier pavé et ledit deuxième pavé, celui-ci s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite fente suivant ladite direction longitudinale et s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban suivant ladite direction transversale ; et - un troisième pavé conducteur, disposé parallèlement au deuxième pavé conducteur à l'opposé du premier pavé conducteur, une matière isolante étant présente entre ledit deuxième pavé et ledit troisième pavé, celui-ci s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite fente suivant ladite direction longitudinale et s'étendant de part et d'autre par rapport à ladite ligne microruban suivant ladite direction transversale. According to other preferred characteristics, the antenna according to the invention further comprises: - a second conductive block, arranged parallel to the first conductive block opposite to said supply circuit, an insulating material being present between said first block and said second block, the latter extending on either side with respect to said slot in said longitudinal direction and extending on both sides with respect to said microstrip line in said transverse direction; and - a third conductive block, arranged parallel to the second conductive block opposite the first conductive block, an insulating material being present between said second block and said third block, the latter extending on either side with respect to to said slot in said longitudinal direction and extending on either side relative to said microstrip line in said transverse direction.
Bien que cela soit surprenant avec une antenne plane à cavité résonnante, qui est par nature une antenne à bande étroite, l'inventeur a pu établir que la présence du deuxième pavé et du troisième pavé permet d'obtenir un fonctionnement performant sur une bande aussi large que la bande UHF, s'étendant de 470 MHz à 860 MHz, tant le rendement que le rapport d'ondes Although this is surprising with a planar antenna with resonant cavity, which is by nature a narrow band antenna, the inventor has been able to establish that the presence of the second block and of the third block makes it possible to obtain efficient operation on a band as well. wide than the UHF band, extending from 470 MHz to 860 MHz, both the efficiency and the wave ratio
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stationnaires (ROS) à l'accès à l'antenne pouvant rester de qualité sur toute la longueur d'une telle bande. stationary (ROS) to the access to the antenna which can remain of quality over the entire length of such a band.
De préférence, en raison de la qualité des résultats obtenus ainsi que pour des raisons pratiques de mise en oeuvre : - ledit premier pavé conducteur est plus petit que ledit deuxième pavé conducteur et plus petit que ledit troisième pavé conducteur et en ce que ledit deuxième pavé conducteur est plus grand que ledit troisième pavé conducteur ; et/ou - l'écart entre ledit circuit d'alimentation et ledit premier pavé conducteur est plus petit que l'écart entre ledit premier pavé conducteur et ledit deuxième pavé conducteur, ce dernier écart étant à son tour plus petit que l'écart entre ledit deuxième pavé conducteur et ledit troisième pavé conducteur ; et/ou - chacun desdits premier pavé conducteur, deuxième pavé conducteur et troisième pavé conducteur est centré par rapport à ladite fente rayonnante suivant ladite direction longitudinale et centré par rapport à ladite ligne microruban suivant ladite direction transversale. Preferably, due to the quality of the results obtained as well as for practical reasons of implementation: - said first conductive block is smaller than said second conductive block and smaller than said third conductive block and in that said second block conductor is larger than said third conductor pad; and / or - the difference between said supply circuit and said first conductive block is smaller than the difference between said first conductive block and said second conductive block, the latter difference being in turn smaller than the difference between said second conductive pad and said third conductive pad; and / or - each of said first conducting block, second conducting block and third conducting block is centered relative to said radiating slot in said longitudinal direction and centered relative to said microstrip line in said transverse direction.
Selon d'autres caractéristiques préférées, favorables à la compacité de l'antenne et/ou à ses performances en matière de réception, ainsi que pour des raisons de simplicité de mise en oeuvre : - ladite plaque diélectrique présente une permittivité relative au moins égale à 4,4 ; et/ou - ladite plaque diélectrique est en verre époxy ; et/ou - ladite plaque diélectrique présente une épaisseur de 0,8 mm ; et/ou - ledit plan de masse présente une longueur de 250 mm et une largeur de 200 mm ; et/ou - ladite fente rayonnante s'étend de part et d'autre par rapport à ladite ligne
microruban sur une distance inférieure à 'd étant éga) à /Vsr, avec A, o qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence limite inférieure de la bande UHF, soit 470 MHz, Er étant la permittivité relative de la plaque diélectrique ; et/ou - l'écart de ladite fente rayonnante par rapport à l'extrémité libre de ladite ligne
microruban est inférieur à ? bd/4 kid étant égal à /s, avec qui est la According to other preferred characteristics, favorable to the compactness of the antenna and / or to its performance in terms of reception, as well as for reasons of simplicity of implementation: - said dielectric plate has a relative permittivity at least equal to 4.4; and / or - said dielectric plate is made of epoxy glass; and / or - said dielectric plate has a thickness of 0.8 mm; and / or - said ground plane has a length of 250 mm and a width of 200 mm; and / or - said radiating slit extends on either side with respect to said line
microstrip over a distance less than 'd being ega) to / Vsr, with A, o which is the wavelength corresponding to the lower limit frequency of the UHF band, i.e. 470 MHz, Er being the relative permittivity of the dielectric plate ; and / or - the distance of said radiating slot from the free end of said line
microstrip is less than? bd / 4 kid being equal to / s, who is the
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fréquence limite inférieure de la bande UHF, soit 470 MHz, Er étant la permittivité relative de la plaque diélectrique ; et/ou - chaque dite matière isolante a une permittivité relative inférieure à 3 ; et de façon plus particulièrement préférée chaque dite matière isolante a une permittivité relative comprise entre 1 et 1,1 ; et/ou - l'écart entre ledit circuit d'alimentation et ledit plan conducteur est inférieur à
? /4, étant égal à A, 1/, avec A, 1 qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de la bande UHF, soit 665 MHz, Er étant la permittivité relative de ladite matière isolante présente entre ledit circuit d'alimentation et ledit plan conducteur et de façon plus particulièrement préférée, cet écart est compris entre 15% et 20% de 4 ; - ledit plan conducteur est formé par une plaque conductrice ; et/ou - ledit plan conducteur est plus grand que ledit plan de masse ; et/ou - ladite fente a une largeur de 4 mm et une longueur de 110 mm ; et/ou - l'écart de ladite fente par rapport à l'extrémité libre de ladite ligne microruban est de 80 mm ; et/ou - ledit circuit d'alimentation est réalisé avec une plaque de circuit imprimé double face ; et/ou - chaque dite matière isolante est un panneau de mousse ou bien chaque dite matière isolante est de l'air. lower limit frequency of the UHF band, namely 470 MHz, Er being the relative permittivity of the dielectric plate; and / or - each said insulating material has a relative permittivity of less than 3; and more preferably each said insulating material has a relative permittivity of between 1 and 1.1; and / or - the difference between said supply circuit and said conductive plane is less than
? / 4, being equal to A, 1 /, with A, 1 which is the wavelength corresponding to the central frequency of the UHF band, i.e. 665 MHz, Er being the relative permittivity of said insulating material present between said circuit d 'power supply and said conductive plane and more particularly preferably, this difference is between 15% and 20% of 4; - said conductive plane is formed by a conductive plate; and / or - said conducting plane is larger than said ground plane; and / or - said slot has a width of 4 mm and a length of 110 mm; and / or - the distance of said slot from the free end of said microstrip line is 80 mm; and / or - said supply circuit is produced with a double-sided printed circuit board; and / or - each said insulating material is a foam panel or else each said insulating material is air.
L'exposé de l'invention sera maintenant poursuivi par la description d'un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ceux-ci : - la figure 1 est une vue en plan de l'antenne selon l'invention, montrant le contour de chacun des différents éléments qu'elle comporte ; - la figure 2 est la vue en élévation-coupe repérée par #-# sur la figure 1 - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 mais montrant l'antenne sous forme éclatée ; - la figure 4 est une vue en perspective du circuit d'alimentation de cette antenne ; - la figure 5 est une vue en plan montrant plus en détail la ligne microruban du circuit d'alimentation ; et The description of the invention will now be continued with the description of an exemplary embodiment, given below by way of illustration and not limitation, with reference to the appended drawings. On these: - Figure 1 is a plan view of the antenna according to the invention, showing the outline of each of the different elements it comprises; - Figure 2 is the elevation-sectional view identified by # - # in Figure 1 - Figure 3 is a view similar to Figure 2 but showing the antenna in exploded form; - Figure 4 is a perspective view of the feed circuit of this antenna; - Figure 5 is a plan view showing in more detail the microstrip line of the supply circuit; and
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- la figure 6 est une vue en plan montrant plus en détail la fente rayonnante due ce circuit. - Figure 6 is a plan view showing in more detail the radiating slot due to this circuit.
L'antenne 1 illustrée est une antenne passive spécialement conçue pour la réception de la bande UHF s'étendant de 470 MHz à 860 MHz. The antenna 1 illustrated is a passive antenna specially designed for the reception of the UHF band extending from 470 MHz to 860 MHz.
Elle comporte un circuit d'alimentation 2, un plan conducteur 3 disposé parallèlement au circuit d'alimentation du côté que l'on voit en bas sur les dessins, un bloc 4 de matière isolante présent entre le circuit 2 et le plan 3, ainsi que trois pavés conducteurs superposés 5,6 et 7, chacun disposé parallèlement au circuit 2, trois blocs de matière isolante 8,9 et 10 étant respectivement prévus entre le circuit 2 et le pavé 5, entre le pavé 5 et le pavé 6 et entre le pavé 6 et le pavé 7, l'antenne 1 comportant également un moyen de connexion 11. It comprises a supply circuit 2, a conductive plane 3 arranged parallel to the supply circuit on the side that is seen below in the drawings, a block 4 of insulating material present between the circuit 2 and the plane 3, as well that three superimposed conducting blocks 5,6 and 7, each arranged parallel to circuit 2, three blocks of insulating material 8,9 and 10 being respectively provided between circuit 2 and block 5, between block 5 and block 6 and between the block 6 and the block 7, the antenna 1 also comprising a connection means 11.
Le circuit d'alimentation 2 comporte une plaque diélectrique 12, une ligne microruban 13 disposée contre la face de la plaque 12 située du côté que l'on voit en bas sur les dessins, et un plan de masse 14 disposé contre l'autre face de la plaque 12, le plan 14 présentant une fente rayonnante 15. The supply circuit 2 comprises a dielectric plate 12, a microstrip line 13 disposed against the face of the plate 12 situated on the side which is seen below in the drawings, and a ground plane 14 disposed against the other face. of the plate 12, the plane 14 having a radiating slot 15.
La ligne microruban 13 s'étend suivant la direction longitudinale, c'est-àdire la direction orientée horizontalement sur les dessins et suivant laquelle est disposé l'axe 16 (figure 1). La fente 15 est orientée suivant la direction transversale, c'est-à-dire la direction orientée verticalement sur les dessins et suivant laquelle est orienté l'axe 17 (figures 1,5 et 6). The microstrip line 13 extends in the longitudinal direction, that is to say the direction oriented horizontally in the drawings and along which the axis 16 is arranged (FIG. 1). The slot 15 is oriented in the transverse direction, that is to say the direction oriented vertically in the drawings and in which the axis 17 is oriented (Figures 1,5 and 6).
La ligne microruban 13 est centrée sur l'axe 16 qui est situé à midistance des bords longitudinaux de la plaque 12. La fente 15 est centrée sur l'axe 17 qui est situé à mi-distance des bords transversaux de la plaque 12. The microstrip line 13 is centered on the axis 16 which is located midway from the longitudinal edges of the plate 12. The slot 15 is centered on the axis 17 which is located midway between the transverse edges of the plate 12.
L'intersection entre les axes 16 et 17 correspond donc au centre de la plaque 12, et par conséquent du plan de masse 14, qui a ici exactement les mêmes dimensions que la plaque 12. The intersection between the axes 16 and 17 therefore corresponds to the center of the plate 12, and consequently of the ground plane 14, which here has exactly the same dimensions as the plate 12.
La ligne microruban 13 s'étend entre une extrémité libre 18 et une extrémité de connexion 19, ici située sur un bord de la plaque diélectrique 12. La fente rayonnante 15 s'étend de part et d'autre par rapport à la ligne microruban 13, ici de façon centrée (la fente 15 s'étend de la même quantité de part et d'autre de la ligne 13), la fente 15 étant disposée à l'écart par rapport à l'extrémité 18 de la ligne 13. The microstrip line 13 extends between a free end 18 and a connection end 19, here located on an edge of the dielectric plate 12. The radiating slot 15 extends on either side relative to the microstrip line 13 , here in a centered way (the slit 15 extends by the same amount on either side of the line 13), the slit 15 being disposed away from the end 18 of the line 13.
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Le circuit 2 est ici réalisé avec une plaque de circuit imprimé double face du type connu sous la référence FR4, la plaque diélectrique 12 étant en verre époxy et ayant une épaisseur de 0,8 mm, une longueur (dimension suivant la direction longitudinale) de 250 mm et une largeur (dimension suivant la direction transversale) de 200 mm. Circuit 2 is here produced with a double-sided printed circuit board of the type known under the reference FR4, the dielectric board 12 being made of epoxy glass and having a thickness of 0.8 mm, a length (dimension in the longitudinal direction) of 250 mm and a width (dimension along the transverse direction) of 200 mm.
Du côté de la face de la plaque 12 que l'on voit en bas sur les dessins, il n'a été conservé de la couche conductrice initiale que la ligne microruban 13, le reste de la couche conductrice ayant été enlevé par une technique conventionnelle de gravure de circuit imprimé. Du côté de l'autre face de la plaque diélectrique 12, la couche conductrice a été conservée dans sa totalité pour former le plan de masse 14, à l'exception toutefois de la portion correspondant à la fente 15, qui a été enlevée par une technique conventionnelle de gravure de circuit imprimé. On the side of the face of the plate 12 which can be seen below in the drawings, only the microstrip line 13 has been kept from the initial conductive layer, the rest of the conductive layer having been removed by a conventional technique. circuit board engraving. On the side of the other face of the dielectric plate 12, the conductive layer has been preserved in its entirety to form the ground plane 14, with the exception, however, of the portion corresponding to the slot 15, which has been removed by a conventional printed circuit engraving technique.
Comme on le voit sur la figure 5, la ligne microruban 13 n'a pas une largeur uniforme, mais une largeur qui décroît entre son extrémité libre 18 et son extrémité de connexion 19. As can be seen in FIG. 5, the microstrip line 13 does not have a uniform width, but a width which decreases between its free end 18 and its connection end 19.
Plus précisément, la ligne microruban 13 comporte, à partir de l'extrémité libre 18, un tronçon 20 de largeur constante s'étendant de cette extrémité jusqu'au-delà de la fente 15 (voir, sur la figure 5, le positionnement de l'axe 17 de cette fente), un tronçon 21 moins large et moins long que le tronçon 20 et encore un autre tronçon 22, s'étendant entre le tronçon 21 et l'extrémité de connexion 19, encore moins large et moins long. More specifically, the microstrip line 13 comprises, from the free end 18, a section 20 of constant width extending from this end to beyond the slot 15 (see, in FIG. 5, the positioning of the axis 17 of this slot), a section 21 narrower and shorter than the section 20 and yet another section 22, extending between the section 21 and the connection end 19, even narrower and shorter.
Ici, le tronçon 20 a une longueur (dimension suivant la direction longitudinale) de 115 mm, l'écart entre l'extrémité libre 18 et l'axe 17 de la fente 15 étant de 80 mm, et a une largeur de 1,5 mm ; la longueur du tronçon 21 est de 75 mm et sa largeur de 1 mm ; tandis que la longueur du tronçon 22 est de 15 mm et sa largeur de 0,7 mm. Here, the section 20 has a length (dimension in the longitudinal direction) of 115 mm, the distance between the free end 18 and the axis 17 of the slot 15 being 80 mm, and has a width of 1.5 mm; the length of the section 21 is 75 mm and its width 1 mm; while the length of the section 22 is 15 mm and its width 0.7 mm.
Comme on le verra ci-après, cet agencement est intéressant notamment pour des questions d'adaptation d'impédance. As will be seen below, this arrangement is interesting in particular for questions of impedance matching.
La fente 15, qui est représentée plus particulièrement sur la figure 6, présente une longueur (dimension suivant la direction transversale) de 110 mm et une largeur (dimension suivant la direction longitudinale) de 4 mm. The slot 15, which is shown more particularly in FIG. 6, has a length (dimension in the transverse direction) of 110 mm and a width (dimension in the longitudinal direction) of 4 mm.
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Comme indiqué ci-dessus, la fente 15 est centrée par rapport à la ligne microruban 13, c'est-à-dire qu'elle s'étend sur une longueur de 55 mm de chaque côté de l'axe 16 de la ligne 13. As indicated above, the slot 15 is centered relative to the microstrip line 13, that is to say that it extends over a length of 55 mm on each side of the axis 16 of the line 13 .
On notera que la distance sur laquelle la fente 15 s'étend de part et d'autre de la ligne microruban 13, soit ici 55 mm, est inférieure à la distance qui aurait été prévue dans une antenne plane conventionnelle à cavité résonnante entre un circuit d'alimentation et un pavé conducteur, laquelle distance aurait été dimensionnée pour la limite inférieure de la bande UHF, soit 470 MHz. It will be noted that the distance over which the slot 15 extends on either side of the microstrip line 13, ie here 55 mm, is less than the distance which would have been provided in a conventional flat antenna with resonant cavity between a circuit power supply and a conductive pad, which distance would have been dimensioned for the lower limit of the UHF band, namely 470 MHz.
En effet, dans les antennes conventionnelles, cette distance est égale à
/4, étant égal à à /s,", avec qui est cette fréquence de 470 MHz et Er qui est la permittivité relative de la plaque diélectrique. Indeed, in conventional antennas, this distance is equal to
/ 4, being equal to / s, ", with which is this frequency of 470 MHz and Er which is the relative permittivity of the dielectric plate.
Ici, la plaque 12 étant en verre époxy, la permittivité relative est de 4,4 de sorte que ##/4 est égal à 85,58 mm, soit davantage que 30 mm en plus de la distance de 55 mm prévue dans la fente 15. Here, the plate 12 being made of epoxy glass, the relative permittivity is 4.4 so that ## / 4 is equal to 85.58 mm, which is more than 30 mm in addition to the distance of 55 mm provided in the slot 15.
De même, alors que dans les antennes planes conventionnelles susmentionnées, l'écart de la fente rayonnante par rapport à l'extrémité de la ligne microruban est égal à à ##/4, l'écart prévu dans l'antenne illustrée, soit ici 80 mm, est plus petit que d/4. Similarly, while in the above-mentioned conventional flat antennas, the distance of the radiating slit from the end of the microstrip line is equal to ## / 4, the distance provided in the illustrated antenna is here 80 mm, is smaller than d / 4.
On notera que les trois paramètres qui viennent d'être mentionnés, à savoir : - la permittivité relative élevée de la plaque diélectrique 12 ; - la longueur réduite de la fente rayonnante 15 ; - la taille réduite de l'écart de la fente rayonnante 15 par rapport à l'extrémité libre 18 de la ligne 13 ; ont probablement pour effet conjoint de concentrer le champ électromagnétique au voisinage de la fente 15, au bénéfice des performances de l'antenne en matière de réception, ainsi, par ailleurs, qu'au bénéfice de la compacité de l'antenne. It will be noted that the three parameters which have just been mentioned, namely: - the high relative permittivity of the dielectric plate 12; - the reduced length of the radiating slot 15; - The reduced size of the distance of the radiating slot 15 from the free end 18 of the line 13; probably have the joint effect of concentrating the electromagnetic field in the vicinity of the slot 15, for the benefit of the antenna performance in terms of reception, as well as for the benefit of the compactness of the antenna.
D'une façon générale, il est intéressant, pour des questions de rendement de l'antenne, d'utiliser une plaque diélectrique 12 ayant une permittivité relative élevée, supérieure ou égale à celle du verre époxy, soit 4,4. In general, it is advantageous, for questions of antenna efficiency, to use a dielectric plate 12 having a high relative permittivity, greater than or equal to that of epoxy glass, ie 4.4.
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Dans l'antenne 1 illustrée, le plan conducteur 3 est réalisé grâce à une plaque conductrice autoporteuse 3, ici une plaque d'aluminium. In the antenna 1 illustrated, the conductive plane 3 is produced by means of a self-supporting conductive plate 3, here an aluminum plate.
Comme on le voit sur les figures 1 à 3, la plaque 3 est plus grande que le circuit 12, de sorte que le plan conducteur que réalise la plaque 3 est plus grand que le plan de masse 14, ce qui permet au plan 3 de jouer le rôle d'un réflecteur. As can be seen in FIGS. 1 to 3, the plate 3 is larger than the circuit 12, so that the conducting plane produced by the plate 3 is larger than the ground plane 14, which allows the plane 3 to play the role of a reflector.
Le bloc de matière isolante 4 est fait dans une mousse dont la permittivité relative est sensiblement égale à celle de l'air, c'est-à-dire sensiblement égale à 1. The block of insulating material 4 is made of a foam whose relative permittivity is substantially equal to that of air, that is to say substantially equal to 1.
Dans l'exemple illustré, le bloc 4 a la même longueur et la même largeur que le circuit 2 tandis que son épaisseur est de l'ordre de 20 mm. In the example illustrated, the block 4 has the same length and the same width as the circuit 2 while its thickness is of the order of 20 mm.
On notera que l'écart existant entre le circuit d'alimentation 2 et le plan conducteur 3, qui correspond à l'épaisseur du bloc 4, est largement inférieur à la distance prévue par les règles conventionnelles de disposition d'un plan réflecteur vis-à-vis d'un circuit d'alimentation. It will be noted that the difference existing between the supply circuit 2 and the conductive plane 3, which corresponds to the thickness of the block 4, is considerably less than the distance provided for by the conventional rules of arrangement of a reflective plane vis- opposite a supply circuit.
Selon ces règles conventionnelles, l'écart entre le circuit d'alimentation et
le plan réflecteur doit être égal à . 4, étant égal à ,,/Fcr, avec ,, qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de la bande à recevoir, ici la bande UHF, soit 665 MHz, Er étant la permittivité relative de la matière isolante présente entre le circuit d'alimentation et le plan réflecteur, permittivité relative qui est ici égale à 1, de sorte que l'écart donné par les règles conventionnelle est de l'ordre de 113 mm. According to these conventional rules, the difference between the supply circuit and
the reflecting plane must be equal to. 4, being equal to ,, / Fcr, with ,, which is the wavelength corresponding to the central frequency of the band to be received, here the UHF band, ie 665 MHz, Er being the relative permittivity of the insulating material present between the supply circuit and the reflective plane, relative permittivity which is here equal to 1, so that the difference given by the conventional rules is of the order of 113 mm.
On voit que l'écart prévu en pratique dans l'antenne 1 (20 mm) ne correspond qu'à 17% de l'écart selon les règles conventionnelles. It can be seen that the difference provided in practice in antenna 1 (20 mm) only corresponds to 17% of the difference according to conventional rules.
D'une façon générale, de bons résultats sont obtenus avec un écart compris entre 15 et 20% de l'écart conventionnel. In general, good results are obtained with a difference between 15 and 20% of the conventional difference.
On notera par ailleurs que le fait que le plan conducteur 3 soit disposé beaucoup plus près du circuit d'alimentation que selon les règles conventionnelles de positionnement d'un réflecteur, est favorable à la compacité de l'antenne 1. It will also be noted that the fact that the conducting plane 3 is disposed much closer to the supply circuit than according to conventional rules for positioning a reflector, is favorable to the compactness of the antenna 1.
Comme indiqué ci-dessus, les pavés conducteurs 5,6 et 7 sont disposés parallèlement au circuit d'alimentation 2 du côté du plan conducteur 14 avec un bloc de matière isolante 8 disposé entre le plan conducteur 14 et le pavé As indicated above, the conducting blocks 5, 6 and 7 are arranged parallel to the supply circuit 2 on the side of the conducting plane 14 with a block of insulating material 8 disposed between the conducting plane 14 and the block
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conducteur 5, un bloc de matière isolante 9 disposé entre le pavé 5 et le pavé 6 et un bloc de matière isolante 10 disposé entre le pavé 6 et le pavé 7. conductor 5, a block of insulating material 9 disposed between the block 5 and the block 6 and a block of insulating material 10 disposed between the block 6 and the block 7.
Comme on le voit sur la figure 1, chacun des pavés 5,6 et 7 s'étend de part et d'autre par rapport à la fente 15 suivant la direction longitudinale et s'étend de part et d'autre par rapport à la ligne microruban 13 suivant la direction transversale. As can be seen in FIG. 1, each of the blocks 5, 6 and 7 extends on either side with respect to the slot 15 in the longitudinal direction and extends on both sides with respect to the microstrip line 13 in the transverse direction.
Plus précisément, ici, chacun des pavés 5,6 et 7 est centré par rapport à la ligne 13 et par rapport à la fente 15, c'est-à-dire que le centre de chacun de ces pavés coïncide avec l'intersection des axes 16 et 17. More precisely, here, each of the blocks 5, 6 and 7 is centered with respect to the line 13 and with respect to the slot 15, that is to say that the center of each of these blocks coincides with the intersection of the axes 16 and 17.
Le pavé 5 est plus petit que le pavé 6 et plus petit que le pavé 7, le pavé 6 étant plus grand que le pavé 7. Block 5 is smaller than block 6 and smaller than block 7, block 6 being larger than block 7.
On notera que les dimensions du pavé 5, tant suivant la direction longitudinale que suivant la direction transversale, sont largement inférieures à celles données par les règles de dimensionnement conventionnelles des antennes planes à circuit d'alimentation et à pavé conducteur. It will be noted that the dimensions of block 5, both in the longitudinal direction and in the transverse direction, are much smaller than those given by the conventional dimensioning rules of planar antennas with supply circuit and with conductive block.
En effet, la règle est que la dimension du pavé suivant la direction transversale, doit être plus grande que la longueur de la fente rayonnante, alors que la dimension transversale du pavé 5 est largement inférieure à la longueur de la fente 15 (ici, ces dimensions sont respectivement 65 mm et 110mm). Indeed, the rule is that the dimension of the block in the transverse direction, must be greater than the length of the radiating slot, while the transverse dimension of the block 5 is much less than the length of the slot 15 (here, these dimensions are respectively 65 mm and 110 mm).
Suivant la direction longitudinale, la règle de dimensionnement classique
est que la dimension du pavé doit être égale à 'd étant égal à jazz avec A, 1 qui est la longueur d'onde correspondant à la fréquence sur laquelle on doit accorder la cavité résonnante, ici la fréquence centrale de la bande UHF, soit 665 MHz, gr étant la permittivité relative de la matière isolante présente entre le circuit d'alimentation et le pavé conducteur, permittivité qui est ici sensiblement égale à 1 (le bloc 8 est fait dans la même matière que le bloc de mousse 4), ce qui donnerait une dimension pour le pavé, suivant la direction longitudinale, de 225,6 mm, alors qu'ici la dimension longitudinale du pavé 5 n'est que de 65 mm, soit environ quatre fois moins. In the longitudinal direction, the classic dimensioning rule
is that the size of the block must be equal to 'd being equal to jazz with A, 1 which is the wavelength corresponding to the frequency on which the resonant cavity must be tuned, here the central frequency of the UHF band, that is 665 MHz, gr being the relative permittivity of the insulating material present between the supply circuit and the conductive pad, permittivity which is here substantially equal to 1 (block 8 is made of the same material as foam block 4), which would give a dimension for the block, in the longitudinal direction, of 225.6 mm, while here the longitudinal dimension of block 5 is only 65 mm, or about four times less.
L'inventeur a pu établir que l'emploi des trois pavés conducteurs 5,6 et 7, ainsi agencés, permet d'effectuer avec d'excellentes performances une The inventor has been able to establish that the use of the three conducting blocks 5, 6 and 7, thus arranged, makes it possible to perform with excellent performance a
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réception sur la totalité de la bande UHF, alors qu'en principe une antenne plane à cavité résonnante est une antenne à bande étroite. reception over the entire UHF band, whereas in principle a planar antenna with resonant cavity is a narrow band antenna.
Il semblerait qu'en disposant ainsi plusieurs pavés conducteurs, on crée une multiplicité de cavités résonnantes accordées sur différentes fréquences réparties dans la bande UHF, mais il n'en demeure pas moins surprenant que cette multitude de cavités puisse coexister sans se gêner mutuellement. It would seem that by thus having several conductive blocks, a multiplicity of resonant cavities tuned on different frequencies distributed in the UHF band is created, but the fact remains that this multitude of cavities can coexist without interfering with each other.
Les blocs 9 et 10, de même que le bloc 8, sont faits dans la même matière que le bloc 4, et ont donc une permittivité relative proche de celle de l'air, c'est-à-dire sensiblement égale à 1. The blocks 9 and 10, like the block 8, are made of the same material as the block 4, and therefore have a relative permittivity close to that of air, that is to say substantially equal to 1.
D'une façon générale, pour obtenir de bons résultats, il est souhaitable que la permittivité relative de la matière isolante soit inférieure à 3 et soit de préférence comprise entre 1 et 1,1. In general, to obtain good results, it is desirable that the relative permittivity of the insulating material is less than 3 and is preferably between 1 and 1.1.
L'inventeur pense en effet que de telles valeurs de permittivité permettent d'élargir la bande passante sans qu'il y ait apparition de modes supérieurs. The inventor indeed believes that such permittivity values make it possible to widen the bandwidth without the appearance of higher modes.
Ici, chacun des pavés conducteurs 5,6 et 7 a été mis en oeuvre par le dépôt, respectivement sur les blocs 8,9 et 10, d'une couche de matière conductrice. Here, each of the conductive blocks 5, 6 and 7 has been implemented by the deposition, respectively on the blocks 8, 9 and 10, of a layer of conductive material.
On notera que, pour la clarté du dessin, l'épaisseur des couches de matière conductrice 13,14, 5,6 et 7 a été exagérée, ces couches étant très fines dans la pratique. It will be noted that, for clarity of the drawing, the thickness of the layers of conductive material 13, 14, 5, 6 and 7 has been exaggerated, these layers being very thin in practice.
Dans l'antenne 1, le moyen de connexion 11 est réalisé par une embase de type F mâle, dont le conducteur central est soudé à la ligne microruban 13 au niveau de l'extrémité 19 et dont le blindage ou conducteur périphérique est soudé au plan de masse 14. In the antenna 1, the connection means 11 is produced by a male F-type socket, the central conductor of which is welded to the microstrip line 13 at the end 19 and the shielding or peripheral conductor of which is welded to the plane mass 14.
Compte tenu des caractéristiques géométriques et électriques des différents composants de l'antenne 1, l'impédance caractéristique entre la ligne microruban 13 et le plan de masse 14 est de 50 Ohms au niveau du tronçon 20, et donc, en particulier, au niveau de la fente 15, tandis qu'au niveau du tronçon 22, et donc, en particulier, au niveau du moyen de connexion 11, l'impédance caractéristique est de 75 Ohms. Taking into account the geometrical and electrical characteristics of the various components of the antenna 1, the characteristic impedance between the microstrip line 13 and the ground plane 14 is 50 Ohms at the level of the section 20, and therefore, in particular, at the level of the slot 15, while at the section 22, and therefore, in particular, at the connection means 11, the characteristic impedance is 75 Ohms.
Cette dernière valeur d'impédance caractéristique est celle employée par les appareils de réception des émissions de télévision. L'antenne 1 peut donc This last characteristic impedance value is that used by television reception equipment. The antenna 1 can therefore
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être directement connectée à un câble coaxial de transport du signal capté, sans qu'il soit besoin de prévoir un dispositif intermédiaire d'adaptation d'impédance. be directly connected to a coaxial cable for transporting the received signal, without the need for an intermediate impedance matching device.
On notera qu'il aurait été possible de dimensionner la ligne microruban 13 de sorte qu'elle garde sur toute son étendue la même largeur, correspondant à une impédance caractéristique de 75 Ohms. It will be noted that it would have been possible to size the microstrip line 13 so that it retains the same width over its entire extent, corresponding to a characteristic impedance of 75 Ohms.
Cependant, cette largeur aurait été beaucoup plus petite que la largeur de 1,5 mm prévue notamment au niveau de la fente 15, ce qui aurait pu notamment provoquer des difficultés de couplage avec cette fente, et, en tout cas, aurait été plus difficile à fabriquer que la ligne 13. However, this width would have been much smaller than the width of 1.5 mm provided in particular at the level of the slot 15, which could in particular have caused difficulties in coupling with this slot, and, in any case, would have been more difficult to manufacture as line 13.
Dans une variante non illustrée de l'antenne 1, la ligne 13 est remplacée par une autre ligne microruban ayant deux tronçons extrêmes qui, comme les tronçons 20 et 22, gardent une largeur constante leur permettant d'offrir une résistance caractéristique respectivement de 50 Ohms et de 75 Ohms, le raccordement entre ces deux tronçons d'extrémité ne s'effectuant pas par un tronçon à largeur constante, mais par un tronçon dont la largeur varie progressivement de celle de l'un des tronçon d'extrémité à celle de l'autre tronçon d'extrémité. Cette variante est préférable dans certaines applications, notamment du domaine spatial, afin d'éviter les phénomènes d'intermodulation susceptibles d'être créés par les marches existant à chaque extrémité du tronçon intermédiaire tel que 21. In a variant not illustrated of the antenna 1, the line 13 is replaced by another microstrip line having two end sections which, like the sections 20 and 22, keep a constant width allowing them to offer a characteristic resistance of 50 Ohms respectively. and 75 Ohms, the connection between these two end sections not being effected by a section with constant width, but by a section whose width varies progressively from that of one of the end sections to that of l 'other end section. This variant is preferable in certain applications, in particular in the space domain, in order to avoid the intermodulation phenomena likely to be created by the steps existing at each end of the intermediate section such as 21.
Les valeurs d'impédance caractéristiques de 50 Ohms et de 75 Ohms sont intéressant parce qu'elles sont largement employées dans la pratique, notamment, respectivement, dans les appareils de mesure et dans les téléviseurs, mais en variante d'autres valeurs d'impédance caractéristique sont employées. The characteristic impedance values of 50 Ohms and 75 Ohms are interesting because they are widely used in practice, notably, respectively, in measuring devices and in televisions, but as a variant of other impedance values characteristic are employed.
Dans d'autres variantes non illustrées, la matière isolante formée par les blocs de mousse 4,8, 9 et 10 est remplacée par de l'air, l'espacement entre les différents éléments que constituent le circuit d'alimentation 2, le plan conducteur 3 et les pavés conducteurs 5,6 et 7 étant maintenu grâce à des entretoises et/ou grâce à un profilé qui ceinture l'antenne. In other variants not illustrated, the insulating material formed by the foam blocks 4,8, 9 and 10 is replaced by air, the spacing between the different elements that constitute the supply circuit 2, the plane conductor 3 and the conductive blocks 5, 6 and 7 being maintained by means of spacers and / or by means of a profile which surrounds the antenna.
Dans encore d'autres variantes non illustrées, le moyen de connexion 11 formé par une embase de type F est remplacé par un tronçon de câble coaxial ; la fente rayonnante n'est pas centrée par rapport à ligne microruban et/ou un ou In still other variants not illustrated, the connection means 11 formed by a type F base is replaced by a section of coaxial cable; the radiating slit is not centered with respect to the microstrip line and / or one or
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plusieurs des pavés conducteurs ne sont pas disposés de façon centrée ; et/ou la bande de fréquence relativement large reçue est une bande autre que la bande UHF et/ou des mesures sont prévues dans l'antenne 1 pour recevoir également une autre bande de fréquence, notamment la bande VHF. several of the conductive blocks are not centrally arranged; and / or the relatively wide frequency band received is a band other than the UHF band and / or measures are provided in the antenna 1 to also receive another frequency band, in particular the VHF band.
Toujours dans des variantes non illustrées, qui conviennent lorsque l'on souhaite capter une bande de fréquence moins large que la bande UHF, l'antenne ne comporte pas les pavés conducteurs 6 et 7 et les blocs 9 et 10. Still in variants not illustrated, which are suitable when it is desired to receive a frequency band narrower than the UHF band, the antenna does not include the conducting blocks 6 and 7 and the blocks 9 and 10.
De nombreuses autres variantes sont possibles en fonction des circonstances, et on rappelle à cet égard que l'invention ne se limite pas aux exemples décrits et représentés. Many other variants are possible depending on the circumstances, and it is recalled in this regard that the invention is not limited to the examples described and shown.
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