FR2840115A1 - Antenne plane a polarisation rectiligne et circulaire - Google Patents
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Abstract
Antenne plane à polarisation rectiligne et circulaire.Dans un exemple, cette antenne comprend une plaque ayant une substance diélectrique avec un conducteur revêtu sur des surfaces latérales de la substance diélectrique; et au moins un élément de rayonnement comprenant : une première branche (310) positionnée sur une première surface de ladite plaque; et une seconde branche (330) positionnée sur une seconde surface de ladite plaque différente de la première surface.
Description
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ANTENNE PLANE A POLARISATION RECTILIGNE ET CIRCULAIRE
Cette demande revendique la priorité d'une demande intitulée "PLANAR ANTENNA HAVING LINEAR AND CIRCULAR POLARIZATION", déposée à l'Office coréen de propriété industrielle) le 27 mai 2002 et qui s'est vue attribuer le numéro de série N 2002-29322, dont le contenu est incorporé dans la présente par référence.
Cette demande revendique la priorité d'une demande intitulée "PLANAR ANTENNA HAVING LINEAR AND CIRCULAR POLARIZATION", déposée à l'Office coréen de propriété industrielle) le 27 mai 2002 et qui s'est vue attribuer le numéro de série N 2002-29322, dont le contenu est incorporé dans la présente par référence.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine technique
La présente invention concerne une antenne qui est située à l'extrémité d'un système de communication sans fil, ou un autre système radio, et concerne plus particulièrement, une antenne plane à large bande ayant une polarisation rectiligne et circulaire, qui utilise une polarisation différente pour la transmission (émission) et la réception afin d'accroître l'isolation entre la transmission et la réception en suggérant et en utilisant un type d'élément de rayonnement.
La présente invention concerne une antenne qui est située à l'extrémité d'un système de communication sans fil, ou un autre système radio, et concerne plus particulièrement, une antenne plane à large bande ayant une polarisation rectiligne et circulaire, qui utilise une polarisation différente pour la transmission (émission) et la réception afin d'accroître l'isolation entre la transmission et la réception en suggérant et en utilisant un type d'élément de rayonnement.
Art connexe
Une antenne à réflexion parabolique est communément utilisée pour un service de communication par satellite car l'antenne à réflexion parabolique possède une structure simple et peut former aisément une polarisation circulaire double. Les antennes à réflexion parabolique sont quelquefois encombrantes en raison de leur volume. Pour cette raison, divers types d'antennes à groupement plan de faible hauteur ont vu le jour. Cependant, la plupart des antennes planes
Une antenne à réflexion parabolique est communément utilisée pour un service de communication par satellite car l'antenne à réflexion parabolique possède une structure simple et peut former aisément une polarisation circulaire double. Les antennes à réflexion parabolique sont quelquefois encombrantes en raison de leur volume. Pour cette raison, divers types d'antennes à groupement plan de faible hauteur ont vu le jour. Cependant, la plupart des antennes planes
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peuvent utiliser uniquement soit une polarisation rectiligne, soit une polarisation circulaire, mais pas les deux.
Cette caractéristique limite l'utilisation de l'antenne plane de sorte que l'antenne ne peut pas être utilisée à la fois pour la transmission et la réception. Dans la plupart des cas, les antennes à groupement plan pour communication par satellite sont utilisées uniquement à des fins de réception.
J'ai découvert que les antennes à réflexion parabolique actuelles et les antennes planes actuelles présentaient des inconvénients. Des efforts ont été réalisés pour améliorer les antennes.
Des exemples de récents efforts dans l'art comprennent le brevet US N 4 475 107 pour "CIRCULARLY POLARIZED MICROSTRIP LINE ANTENNA" attribué le 2 octobre 1984 à Makimoto et al., le brevet US N 4 816 835 pour "PLANAR ANTENNA WITH PATCH ELEMENTS" attribué le 28 mars 1989 à Abiko et al., le brevet US N 4 614 947 pour "PLANNER HIGH-FREQUENCY ANTENNA HAVING A NETWORK OF FULLY SUSPENDED-SUBSTRATE MICROSTRIP TRANSMISSION LINES" attribué le 30 septembre 1986 à Rammos, le brevet US N 6 166 701 pour "DUAL POLARIZATION ANTENNA ARRAY WITH RADIATING SLOTS AND NOTCH DIPOLE ELEMENTS SHARING A COMMON APERTURE" attribué le 26 décembre 2000 à Park et al., le brevet US N 5 241 321 pour "DUAL FREQUENCY CIRCULARLY POLARIZED MICROWAVE ANTENNA attribué le 31 août 1993 à Tsao, le brevet US N 6 107 956 pour "AUTOMOTIVE FORWARD LOOKING SENSOR ARCHITECTURE" attribué le 22 août 2000 à Russell et al., le brevet US N 4 922 263 pour "PLATE
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ANTENNA WITH DOUBLE CROSSED POLARIZATIONS" attribué le 1er mai 1990 à Dubost et al., le brevet US N 5 005 019 pour "ELECTROMAGNETICALLY COUPLED PRINTED-CIRCUIT ANTENNAS HAVING PATCHES OR SLOTS CAPACITIVELY COUPLED TO FEEDLINES" attribué le 2 avril 1991 à Zaghloul et al., et le brevet US N 5 321 411 pour "PLANAR ANTENNA FOR LINEARLY POLARIZED WAVES" attribué le 14 juin 1994 à Tsukamoto et al.
Tandis que ces récents efforts fournissent des avantages, je remarque qu'ils ne réussissent pas à fournir une antenne plane améliorée ayant une polarisation rectiligne et circulaire.
RESUME DE L'INVENTION
Pour résoudre les problèmes décrits ci-dessus, un objet de la présente invention est de proposer une antenne ayant une polarisation rectiligne et circulaire, qui utilise des dipôles en tant qu'éléments rayonnants, et possède une caractéristique orthogonale à la fois en polarisation rectiligne et circulaire, l'antenne étant mise en #uvre en utilisant deux plaques et les côtés avant et arrière des plaques efficacement.
Pour résoudre les problèmes décrits ci-dessus, un objet de la présente invention est de proposer une antenne ayant une polarisation rectiligne et circulaire, qui utilise des dipôles en tant qu'éléments rayonnants, et possède une caractéristique orthogonale à la fois en polarisation rectiligne et circulaire, l'antenne étant mise en #uvre en utilisant deux plaques et les côtés avant et arrière des plaques efficacement.
Un objet de la présente invention est de proposer une antenne plane ayant une polarisation rectiligne et circulaire, comprenant : une plaque avec un conducteur revêtu sur les deux surfaces d'une substance diélectrique ; une première branche positionnée sur une première surface de la plaque ; et une seconde branche positionnée sur une seconde surface de la plaque.
Un autre objet de la présente invention est de proposer une antenne plane ayant une polarisation
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rectiligne et circulaire, comprenant : une première plaque avec un conducteur revêtu sur les deux surfaces d'une substance diélectrique ; une seconde plaque avec un conducteur revêtu sur les deux côtés de la substance diélectrique, la seconde plaque étant positionnée sous la première plaque ; une pluralité de premiers éléments de rayonnement symétriques qui sont sur les deux surfaces de la première plaque, pour transmettre ou recevoir une onde radio ; une pluralité de seconds éléments de rayonnement symétriques qui sont sur les deux surfaces de la seconde plaque, pour transmettre ou recevoir une onde radio ; une plaque de masse qui supporte la totalité de l'antenne et qui est utilisée en tant que masse pour le circuit entier ; et un support pour supporter la totalité de l'antenne en connectant les première et seconde plaques se chevauchant et la plaque de masse.
Encore un autre objet de la présente invention est de proposer un élément de rayonnement comprenant deux branches et une tige, dans lequel les branches se rejoignent au niveau de la tige en formant un angle de 45 par rapport à la surface qui est perpendiculaire à la tige, et les branches se présentent sous la forme d'un dipôle symétrique.
La présente invention décrit une antenne plane qui accepte la polarisation rectiligne ou circulaire présentant une caractéristique orthogonale durant la transmission et la réception dans une large bande. En utilisant deux plis de plaques du type carte à circuit imprimé, l'antenne de la présente invention peut minimiser la perte d'insertion, le poids et
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l'épaisseur. Cependant, étant donné que les éléments de rayonnement isolés sont insuffisants, la bande de fréquence présente une limitation.
L'antenne plane de la présente invention comprend une plaque de masse, deux plaques microruban, et un support pour connecter la plaque de masse et les plaques microruban. L'espace entre les plaques et le support est rempli par un matériau tel qu'une mousse de polystyrène.
Sur chaque plaque se trouvent des dipôles, qui sont des éléments de rayonnement, des circuits d'alimentation en énergie, des fentes et des embases.
L'antenne entière est divisée en espaces en forme de treillis ("lattice"), dans lesquels un circuit de masse entoure une paire de dipôles. La collection d'espaces en forme de treillis est appelée sous-groupement. Les sous-groupements positionnés sur la même surface présentent des caractéristiques de polarisation rectiligne indépendamment les uns des autres. Etant donné que les dipôles de chaque sous-groupement sont orthogonaux les uns par rapport aux autres, les vecteurs de polarisation de deux sous-groupements sont orthogonaux entre eux. De plus, un sous-groupement a un circuit d'alimentation en énergie indépendant, et étant donné que le couplage des dipôles orthogonaux est très petit, diverses formes de polarisation peuvent être mises en #uvre en fonction de la manière dont les sousgroupements sont connectés.
Le circuit d'alimentation en énergie dans un sousgroupement unique comprend un déphaseur de 90 . En conséquence, la polarisation de chacun des sous-
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groupements se combine pour former une polarisation circulaire. Le circuit d'alimentation en énergie est connecté à chacun des sous-groupements et les connexions d'alimentation en énergie sont orthogonales entre elles. Un raccordement d'un sous-groupement est connectée à un guide d'ondes circulaire par l'intermédiaire d'une sonde, et il excite le mode Transverse Electrique 11 (TE11). En conséquence, les deux modes avant et après l'excitation sont orthogonaux entre eux, et le mode total est déterminé par chevauchement des deux modes. La pente de polarisation du mode total détermine les corrélations entre les énergies de signal des modes orthogonaux, et en conséquence, la caractéristique de polarisation d'une antenne est déterminée.
En d'autres termes, si des signaux de mode Transverse Electrique (TE11) connectés aux sousgroupements possèdent la même polarisation rectiligne, la polarisation totale possède une caractéristique de polarisation rectiligne, et si la différence de phase des signaux de mode Transverse Electrique 11 (TE11) connectés aux sous-groupements est de 90 , la polarisation totale possède une caractéristique de polarisation circulaire. Un sous-groupement unique possède une caractéristique de polarisation rectiligne.
Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres selon les principes de la présente invention, telle que mise en #uvre et décrite largement, la présente invention propose une antenne plane ayant une polarisation rectiligne et circulaire, l'antenne comprenant : une plaque ayant une substance diélectrique avec un
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conducteur revêtu sur des surfaces latérales de la substance diélectrique ; et au moins un élément de rayonnement comprenant une première branche positionnée sur une première surface de ladite plaque ; et une seconde branche positionnée sur une seconde surface de ladite plaque qui est différente de la première surface.
Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres selon les principes de la présente invention, telle que mise en #uvre et décrite largement, la présente invention fournit une antenne plane ayant une polarisation rectiligne et circulaire, l'antenne comprenant : une première plaque ayant une première substance diélectrique avec un conducteur revêtu sur des surfaces latérales de la première substance diélectrique, ladite première plaque ayant une première surface latérale et une seconde surface latérale ; une seconde plaque ayant une seconde substance diélectrique avec un conducteur revêtu sur des surfaces latérales de la seconde substance diélectrique, ladite seconde plaque ayant une première surface latérale et une seconde surface latérale, ladite seconde plaque étant sous ladite première plaque, ladite première surface latérale de ladite seconde plaque faisant face à ladite seconde surface latérale de ladite première plaque ; une pluralité de premiers éléments de rayonnement symétriques se trouvant sur lesdites première et seconde surfaces latérales de ladite première plaque, lesdits premiers éléments effectuant au moins une action choisie parmi la transmission (c'est-à-dire l'émission) d'ondes radio et la réception d'ondes radio
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; une pluralité de seconds éléments de rayonnement symétriques se trouvant sur lesdites première et seconde surfaces latérales de ladite seconde plaque, lesdits seconds éléments effectuant au moins une action choisie parmi la transmission d'ondes radio et la réception d'ondes radio ; une plaque de masse correspondant à un potentiel de référence local pour lesdits premier et second éléments, ladite plaque de masse se trouvant sous ladite seconde plaque ; et un support supportant l'antenne en connectant ladite première plaque, ladite seconde plaque et ladite plaque de masse.
Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres selon les principes de la présente invention, telle que mise en #uvre et décrite largement, la présente invention propose un élément de rayonnement, comprenant : une paire de branches ; et une tige étant jointe à ladite paire de branches, chacune desdites branches formant un angle de 45 avec une surface qui est perpendiculaire à ladite tige, ladite paire de branches correspondant à un dipôle symétrique.
La présente invention est plus particulièrement décrite dans les paragraphes suivants en faisant référence aux dessins qui sont joints uniquement à titre d'exemple. D'autres avantages et caractéristiques vont apparaître clairement à partir de la description suivante et à partir des revendications.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Sur les dessins joints, qui sont incorporés à ce mémoire descriptif et en font partie, des modes de
Sur les dessins joints, qui sont incorporés à ce mémoire descriptif et en font partie, des modes de
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réalisation de l'invention sont illustrés, qui, conjointement avec une description générale de l'invention donnée ci-dessus, et la description détaillée donnée ci-dessous, servent à exemplifier les principes de l'invention.
La figure 1 est un diagramme représentant un élément de rayonnement, selon les principes de la présente invention ; la figure 2 est une vue schématique illustrant une antenne plane, selon les principes de la présente invention ; la figure 3 est un diagramme représentant un circuit de rayonnement dans un sous-groupement 2x2 de l'antenne plane, selon les principes de la présente invention ; la figure 4 est un diagramme illustrant la disposition des dipôles sur la surface supérieure de la plaque supérieure, selon les principes de la présente invention ; la figure 5 est un diagramme illustrant la disposition des dipôles sur la surface inférieure de la plaque supérieure, selon les principes de la présente invention ; la figure 6 est un diagramme illustrant la disposition des dipôles sur la surface supérieure de la plaque inférieure, selon les principes de la présente invention ; la figure 7 est un diagramme illustrant la disposition des dipôles sur la surface inférieure de la plaque inférieure, selon les principes de la présente invention ;
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la figure 8 est une vue latérale de l'antenne plane, selon les principes de la présente invention ; les figures 9A et 9B sont des diagrammes représentant la sonde et la direction de propagation de polarisation de l'antenne plane, selon les principes de la présente invention ; la figure 10 est une vue de graphique représentant un rapport d'ondes stationnaires en tension des plaques supérieure et inférieure de l'antenne plane, selon les principes de la présente invention ; la figure 11 est une vue de graphique représentant l'isolation entre les sous-groupements, selon les principes de la présente invention ; la figure 12 est une vue de graphique représentant des gains d'antenne et l'isolation de polarisation croisée, selon les principes de la présente invention ; et la figure 13 est une vue représentant un agencement général et une orientation des composants des figures 4 à 7 empilés dans l'ordre, selon les principes de la présente invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Tandis que la présente invention va être décrite de manière plus complète ci-après en faisant référence aux dessins joints, sur lesquels des modes de réalisation préférés de la présente invention sont représentés, il faut bien comprendre au début de la description qui suit que l'homme du métier approprié peut modifier l'invention décrite dans la présente tout en atteignant les résultats favorables de cette
Tandis que la présente invention va être décrite de manière plus complète ci-après en faisant référence aux dessins joints, sur lesquels des modes de réalisation préférés de la présente invention sont représentés, il faut bien comprendre au début de la description qui suit que l'homme du métier approprié peut modifier l'invention décrite dans la présente tout en atteignant les résultats favorables de cette
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invention. En conséquence, la description qui suit doit être comprise comme étant un large enseignement adressé aux hommes du métier approprié, et non comme limitant la présente invention.
Des modes de réalisation représentatifs de l'invention sont décrits ci-dessous. Par souci de clarté, toutes les caractéristiques d'une réelle mise en #uvre ne sont pas décrites. Dans la description suivante, des fonctions, des constructions et des configurations bien connues ne sont pas décrites dans le détail étant donné qu'elles pourraient obscurcir l'invention avec des détails superflus. On appréciera le fait que dans le développement de n'importe quel mode de réalisation réel, de nombreuses décisions spécifiques à la mise en #uvre doivent être prises pour atteindre les buts spécifiques des développeurs, comme la conformité aux contraintes commerciales et aux contraintes liées au système, qui varient d'une mise en #uvre à l'autre. En outre, on appréciera le fait qu'un tel effort de développement peut être complexe et long, mais peut être néanmoins une entreprise routinière pour l'homme du métier ordinaire tirant parti de cette divulgation.
La présente invention va maintenant être décrite de manière plus complète en faisant référence aux dessins joints, sur lesquels un mode de réalisation préféré de l'invention est représenté. Cette invention peut être mise en #uvre sous bien des formes différentes et ne doit pas être interprétée comme étant limitée aux modes de réalisation présentés dans la présente ; au lieu de cela, ces modes de réalisation
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sont fournis de sorte que cette divulgation soit approfondie et complète et transmette entièrement le concept de l'invention à l'homme du métier. Sur les dessins, l'épaisseur des couches et des régions est exagérée par souci de clarté. Il faut bien comprendre également que lorsqu'une couche est désignée comme étant sur une autre couche ou substrat, elle peut être soit directement sur l'autre couche ou substrat soit avoir des couches intercalaires présentes. Les mêmes numéros de référence sur des dessins différents représentent les mêmes éléments, et donc leur description sera omise.
Un type d'antenne plane peut être associé à des ondes polarisées de façon rectiligne. Une telle antenne peut comprendre une plaque de masse, une plaque de circuit d'alimentation en énergie, et une plaque de rayonnement, possède un gain élevé, mais est utilisée à des fins de réception uniquement.
Un autre type d'antenne plane peut être associé à la polarisation circulaire. Une telle antenne est utilisée soit pour la transmission soit pour la réception en raison de sa caractéristique de polarisation unique. Une telle antenne va être généralement de configuration simple. Cependant, une telle antenne ne met pas en #uvre la caractéristique de polarisation double.
Certains éléments de rayonnement plans peuvent former une polarisation à la fois rectiligne et circulaire. Une antenne qui possède une polarisation rectiligne et circulaire peut présenter tous ses éléments de rayonnement et des points d'alimentation en
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énergie sur un même plan, et une polarisation requise est mise en #uvre en excitant de manière appropriée les points d'alimentation en énergie. En conséquence, deux circuits d'alimentation en énergie sont nécessaires pour obtenir deux sortes de polarisation. Cela serait rendu possible en disposant les deux circuits d'alimentation en énergie de manière appropriée sur un plan.
Un ensemble de connexions peut être une solution à certains des problèmes mentionnés ci-dessus. Une antenne qui est liée à un ensemble d'antennes à polarisation double utilisant une ouverture commune peut avoir cette ouverture commune impliquant un ensemble de dipôles microruban et une pluralité d'ensembles de fentes centrées positionnées dans l'ouverture. Cette antenne à groupement à polarisation double peut avoir des éléments de rayonnement dans les ouvertures communes et des plis multiples de circuits d'alimentation en énergie.
Une autre antenne peut présenter une ligne microruban à substrat entièrement suspendu, et deux plis de circuits d'alimentation en énergie pour l'ouverture commune d'éléments de rayonnement de guide d'onde circulaire. Ce type d'antenne est désavantageux en raison de sa configuration complexe, de sa hauteur excessive et du procédé de fabrication délicat d'un point de vue mécanique.
Une autre antenne plane peut être formée d'éléments de connexion formant une antenne à double polarisation du type complète du type à carte à circuit imprimé. Une telle antenne peut être formée d'une unité
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formant circuit d'éléments de rayonnement, de première et seconde unités formant circuit d'alimentation en énergie, et d'une plaque de masse empilées les unes sur les autres, chaque couche étant positionnée indépendamment par une couche de substance diélectrique. Les éléments de connexion ("patch éléments") de l'unité formant circuit d'éléments de rayonnement peuvent être connectés électromagnétiquement à l'unité formant circuit d'alimentation en énergie. Cette antenne plane peut utiliser un signal de transmission ou un signal de réception dans un mode de polarisation différent, de sorte que le mode de polarisation de la transmission puisse être différent de celui de la réception, et puisse minimiser la perte afin d'obtenir un gain d'antenne élevé.
En faisant référence à la figure 1, qui représente un élément de rayonnement selon les principes de la présente invention, un élément de rayonnement possède deux branches 110 et 120, et une tige 130. Chaque branche forme un angle de 45 avec une surface qui est perpendiculaire à la tige 130, comme cela est représenté sur la figure 1.
Selon les principes de la présente invention, les branches ne doivent pas nécessairement former un angle de 45 avec la surface qui est perpendiculaire à la tige 130. Les branches peuvent former n'importe quel angle inférieur à 90 avec la surface qui est perpendiculaire à la tige 130.
Comme cela est représenté sur la figure 1, une rainure est formée là où les branches rejoignent la
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tige. La rainure est appelée "fente", et sert à compenser la réactance d'un dipôle. Comme cela est représenté sur la figure 1, chaque branche rejoint la tige en formant un angle droit au niveau de la région de la fente. Chacune des branches forme un angle de 90 avec la tige.
En faisant référence à la figure 2, qui représente une vue schématique d'une antenne plane selon les principes de la présente invention, l'antenne plane de la présente invention comprend deux plaques 210 et 220, une plaque de masse 230, un support 240 pour connecter les plaques 210 et 220 et la plaque de masse 230 au niveau du centre, et de la mousse de polystyrène 250 pour remplir l'espace vide entre la plaque inférieure 220 et la plaque de masse 230.
Une unité formant circuit de la plaque supérieure 210 est formée d'un conducteur, tel que du cuivre (Cu), de l'aluminium (Al), de l'argent (Ag), de l'astate (At), du fer (Fe) et de l'or (Au), recouvrant la surface d'une substance diélectrique. Etant donné que les surfaces latérales de la substance diélectrique sont recouvertes du conducteur, des circuits de rayonnement sont placés sur les deux côtés des plaques, tout comme un circuit est placé sur une carte de circuit imprimé (PCB). Le circuit de rayonnement 260 est placé sur la surface supérieure de la plaque supérieure 210. Le circuit de rayonnement 270 est placé sur la surface inférieure de la plaque supérieure 210.
Des substances diélectriques qui peuvent être utilisées dans la présente comprennent le polyéthylène, le polyester, les résines acryliques, le polycarbonate, le
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bicarbonate d'ammonium (ABC), le polychlorure de vinyle (PVC) et un mélange de ceux-ci. La substance diélectrique possède une surface latérale supérieure et une surface latérale inférieure.
La plaque inférieure 220 et la plaque supérieure 210 sont formées d'une manière similaire. Le circuit de rayonnement 280 est placé sur la surface supérieure de la plaque inférieure 220. Le circuit de rayonnement 280 est placé sur la surface inférieure de la plaque inférieure 220. Une partie du circuit de rayonnement 270 peut être placée sur la surface inférieure de la plaque supérieure 210, et une autre partie du circuit de rayonnement 270 peut être placée sur la surface supérieure de la plaque inférieure 220. Dans certains cas, le circuit de rayonnement entier 270 peut être placé sur la surface inférieure de la plaque supérieure 210, ou le circuit de rayonnement entier 270 peut être placé sur la surface supérieure de la plaque inférieure 220. Ainsi, si le circuit de rayonnement entier 270 est placé sur la surface inférieure de la plaque supérieure 210, alors le circuit de rayonnement 270 n'existe pas sur la surface supérieure de la plaque inférieure 220.
La plaque de masse 230 est constituée d'aluminium (Al). Elle supporte l'antenne entière et est utilisée comme masse de tous les circuits. Le support 240 connecte les deux plaques 210 et 220 et la plaque de masse 230. A l'intérieur du support 240 se trouve une sonde, et la sonde est connectée au raccordement du circuit d'alimentation en énergie connecté au circuit d'alimentation en énergie de chaque élément de
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rayonnement. Une description plus détaillée va être fournie en faisant référence à la figure 3.
Entre la plaque inférieure 220 et la plaque de masse 230 se trouve une substance de support comme de la mousse de polystyrène 250 pour supporter l'antenne. La substance de support 250 remplit également une fonction d'isolation de la plaque de masse 230 des autres plaques 210 et 220.
Une couche médiane peut être prévue entre la surface inférieure de la plaque supérieure 210 et la surface supérieure de la plaque inférieure 220.
La plaque supérieure 210 présente une surface supérieure et une surface inférieure. Les surfaces supérieure et inférieure de la plaque supérieure 210 peuvent être désignées comme surface latérale supérieure et surface latérale inférieure, ou peuvent être désignées simplement comme surfaces latérales de la plaque supérieure 210.
La plaque inférieure 220 possède une surface supérieure et une surface inférieure. Les surfaces supérieure et inférieure de la plaque inférieure 220 peuvent être désignées comme surface latérale supérieure et surface latérale inférieure, ou peuvent être simplement désignées comme surfaces latérales de la plaque inférieure 220.
La figure 3 représente un circuit de rayonnement dans un sous-groupement 2x2 de l'antenne plane selon les principes de la présente invention. Les pièces représentées sur la figure 3 comprennent des éléments de rayonnement et d'autres composants situés sur diverses couches des plaques 210 et 220, et situés
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entre ces plaques. Si quelqu'un avait la possibilité de voir directement à travers les plaques 210 et 220, il pourrait alors voir les articles compris sur la figure 3.
Les pièces de la figure 3 sont entourées par une ligne en pointillés 290. La ligne en pointillés 290 est également représentée sur la figure 2. La ligne en pointillés 290 sur la figure 2 entoure 4 branches sur la surface supérieure de la plaque supérieure 210. En d'autres termes, la ligne en pointillés 290 sur la figure 2 entoure quatre éléments de rayonnement sur la surface supérieure de la plaque supérieure 210. La ligne en pointillés 290 représentée sur la figure 3 entoure 16 branches (c'est-à-dire, 16 éléments de rayonnement) car la figure 3 représente tous les éléments de rayonnement sur toutes les surfaces des plaques 210 et 220. Les éléments de rayonnement représentés sur la figure 3 comprennent les 4 éléments de rayonnement représentés sur la ligne en pointillés 290 sur la figure 2.
Les 16 éléments de rayonnement de la figure 3 sont entourés par un circuit de masse 360. Le circuit de masse 360 est approximativement situé au niveau de la ligne en pointillés 360, et présente donc la forme d'un carré ou d'une grande fenêtre. Le circuit de masse 360 comprend 4 circuits de masse en forme de carré. Chacun des 4 circuits de masse en forme de carré entoure 4 éléments de rayonnement, comme cela est représenté sur la figure 3. Sur la figure 3, l'un des 4 circuits de masse en forme de carré est entouré par la ligne en pointillés 395b (fenêtre 395b). La fenêtre 395b
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représentée sur la figure 3 est identique aux carrés noirs épais représentés sur la figure 2. La fenêtre 395b de la partie 290 n'est pas représentée sur la figure 2. Cependant, une fenêtre 395a située différemment est indiquée sur la figure 2. La fenêtre 395a sur la figure 2 est fort similaire à la fenêtre 395b sur la figure 3, à l'exception du fait que la fenêtre 395a est située dans une position différente de celle de la fenêtre 395b.
Sur la figure 3, les parties 310 et 320 hachurées de lignes obliques représentent un circuit sur la surface supérieure de la plaque supérieure 210. L'unité formant circuit est formée d'éléments de rayonnement 310 et de fils d'alimentation en énergie 320. Les parties 330 et 340 remplies de gris sur le dessin correspondent à un circuit situé sur la surface inférieure de la plaque inférieure 220. L'unité formant circuit est formée d'éléments de rayonnement 330 et de fils d'alimentation en énergie 340, tout comme la plaque supérieure 210. Les parties 350 et 360 qui ne sont pas remplies de hachures ou de couleur indiquent des circuits situés sur la surface inférieure de la plaque supérieure 210 et sur la surface supérieure de la plaque inférieure 220. Les circuits comprennent des éléments de rayonnement 350 et des circuits de masse 360.
Les éléments de rayonnement situés des deux côtés des plaques se présentent sous la forme d'un dipôle symétrique. Une branche 310 du dipôle repose sur une surface de la plaque supérieure 210 avec le fil d'alimentation en énergie 320, et l'autre branche 350a
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repose sur le circuit de masse 360, qui se trouve sur la surface opposée de la plaque supérieure 210. En conséquence, une branche 310 du dipôle et l'autre branche 350a correspondant à celle-ci sont situées au niveau de surfaces opposées d'une plaque 210. En d'autres termes, un sous-groupement possède des dipôles disposés sur un côté d'une plaque 210 comme cela est représenté sur la figure 4 et un autre sous-groupement possède des dipôles disposés sur l'autre côté de la plaque 210 comme cela est représenté sur la figure 5, de sorte que les dipôles des sous-groupements se chevauchent entre eux. Contrairement aux dipôles généraux, les branches des dipôles sont formées à un angle de 45 pour obtenir une performance optimale.
Selon les principes de la présente invention, les branches des dipôles sont pliées à 45 pour réduire la zone des dipôles. Cependant, en général, les dipôles ne sont pas pliés.
L'autre plaque 220 est semblable à la plaque 210 décrite ci-dessus. En d'autres termes, une branche 330 du dipôle repose sur une surface de la plaque 220 avec le fil d'alimentation en énergie 340, et l'autre branche 350b repose sur le circuit de masse 360, qui se trouve sur la surface opposée de la plaque 220. En conséquence, une branche 330 du dipôle et l'autre branche 350b du même dipôle sont situées sur des côtés opposés d'une plaque 220. En d'autres termes, un sousgroupement présente une forme dans laquelle les dipôles de la figure 6 et les dipôles de la figure 7 se chevauchent dans la plaque. Contrairement aux dipôles généraux, les branches des dipôles sont formées de
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manière pliée à un angle de 45 pour obtenir une performance optimale. Selon les principes de la présente invention, les branches des dipôles sont pliées à 45 pour réduire la zone des dipôles.
Cependant, en général, les dipôles ne sont pas pliés.
Les fils d'alimentation en énergie 320 et 340 sont convertis en lignes microruban à travers un ballon 370.
Une fente 380 est formée pour compenser la réactance du dipôle. Elle a la forme d'une rainure où les branches du dipôle sont pliées. Une embase ("stub") 390 est formée pour compenser l'impédance de couplage, et est positionnée au niveau de la branche du dipôle. Tous les dipôles sont alimentés en énergie par l'intermédiaire des fils d'alimentation en énergie des branches, qui divergent du fil d'alimentation en énergie principal.
La figure 4 est un diagramme décrivant la disposition des dipôles sur la surface supérieure de la plaque supérieure 210, selon les principes de la présente invention. La figure 4 représente le fait que les éléments de rayonnement 350a de la plaque supérieure 210 représentée sur la figure 3 sont disposés dans un sous-groupement. La figure 5 est un diagramme décrivant la disposition des dipôles sur la surface inférieure de la plaque supérieure 210 selon les principes de la présente invention. En d'autres termes, le dessin représente le fait que les éléments de rayonnement 310 de la plaque supérieure 210 représentée sur la figure 3 sont disposés sur un sousgroupement. Chaque fenêtre carrée dans la partie 201 sur la figure 5 est une fenêtre de masse contenant une paire de dipôles (c'est-à-dire contenant 4 éléments de
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rayonnement). Chaque fenêtre carrée sur la figure 5 représente uniquement une partie d'un dipôle. Lorsque les 4 surfaces sont empilées les unes sur les autres, comme cela est représenté sur la figure 13, il est alors évident que chaque fenêtre carrée possède une paire de dipôles comme cela est représenté dans la fenêtre 395b sur la figure 3.
La figure 6 est un diagramme représentant la disposition des dipôles sur la surface supérieure de la plaque inférieure 220, selon les principes de la présente invention. Le dessin représente le fait que les éléments de rayonnement 350b de la plaque inférieure représentée sur la figure 3 sont disposés dans un sous-groupement. La figure 7 est un diagramme représentant la disposition des dipôles sur la surface inférieure de la plaque inférieure 220, selon les principes de la présente invention. Elle montre le fait que les éléments 330 de la plaque inférieure représentée sur la figure 3 sont disposés dans un sousgroupement.
Lorsque les dipôles des figures 4 à 7 sont empilés dans l'ordre, la disposition des dipôles de l'antenne plane de la présente invention est formée. La figure 13 est une vue représentant la disposition générale et l'orientation des composants des figures 4 à 7 empilés dans l'ordre, selon les principes de la présente invention.
La figure 8 est une vue latérale d'une antenne plane formée selon les principes de la présente invention. Le circuit de masse 360 est mis en #uvre sous la forme d'une fenêtre entourant les dipôles. Par
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exemple, la figure 3 représente une fenêtre 395 avec deux dipôles se trouvant dans la fenêtre 395. Toutes les fenêtres de masse comprennent une paire de dipôles qui sont orthogonaux l'un par rapport à l'autre. Les fenêtres minimisent l'effet du rayonnement du dipôle sur un circuit écran. Les fenêtres de masse forment un treillis, et les fils d'alimentation en énergie sont disposés sur les fenêtres. En conséquence, deux plaques présentant une disposition de dipôles similaire forment un sous-groupement d'une antenne séparée, et deux plis de sous-groupements, qui sont orthogonaux l'un par rapport à l'autre, forment une antenne. La figure 8 représente une extrémité longitudinale du circuit d'alimentation en énergie 820, la sonde 830, la plaque de masse 840 et le dispositif de support 850. Le dispositif de support 850 peut correspondre généralement au support 240 représenté sur la figure 2.
Un fil d'alimentation en énergie pour un sousgroupement est positionné sur la plaque supérieure 210, et un fil d'alimentation en énergie pour l'autre sousgroupement est positionné sur la plaque inférieure 220.
Le circuit de masse 360 est situé entre les deux plaques 210 et 220, et est utilisé pour les deux sousgroupements.
Les fenêtres de masse doivent être suffisamment plus épaisses que le fil d'alimentation en énergie pour réduire le couplage entre les fils d'alimentation en énergie pour les sous-groupements. Le circuit d'alimentation en énergie pour chaque plaque comprend un déphaseur mis en #uvre par une embase à lignes microruban pour avoir une différence de phase de 90
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par rapport au sous-groupement correspondant. Le déphaseur utilisé ici est un déphaseur classique. Dans ce cas, lorsque les deux sous-groupements fonctionnent, une polarisation circulaire peut être obtenue, tandis que lorsqu'un seul sous-groupement fonctionne, une polarisation rectiligne est obtenue.
Le raccordement 820 du circuit d'alimentation en énergie est situé au centre de chaque plaque, et le raccordement de la plaque supérieure 210 est positionné de manière à être orthogonal au raccordement de la plaque inférieure 220. Les raccordements 820 sont connectés aux sondes 830 situées au centre de l'antenne à groupement. En conséquence, tous les sous-groupements comprennent une paire de raccordements dans la même direction.
La paire de raccordements est excitée par le mode Transverse Electrique 11 (TE11) d'un combinateur de guide d'onde circulaire par l'intermédiaire des sondes 830. Lorsque les deux paires de raccordements 820 sont orthogonales l'une par rapport à l'autre, les deux modes Transverses Electriques 11 (TE11) deviennent orthogonaux entre eux également.
Les figures 9A et 9B sont des diagrammes représentant la sonde et la direction de propagation de la polarisation de l'antenne plane selon les principes de la présente invention. La figure 9A représente la direction de polarisation lorsque la polarisation du mode de réalisation du mode Transverse Electrique 11 (TE11) est en parallèle avec une autre paire de sondes et lorsqu'un seul sous-groupement fonctionne. La figure 9B représente la direction de polarisation lorsque la
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polarisation du mode Transverse Electrique 11 (TE11) est tournée de 90 par rapport à une autre sonde et lorsque deux sous-groupements fonctionnent. Si le déphaseur fonctionne pendant que les deux sousgroupements fonctionnent, la polarisation de l'antenne à groupement devient circulaire, soit vers la gauche, soit vers la droite.
En conséquence, les deux modes Transverses Electriques 11 (TE11) correspondent toujours à deux types de polarisation d'antenne, c'est-à-dire une polarisation rectiligne (verticale ou horizontale) ou une polarisation circulaire (vers la gauche ou vers la droite). Une polarisation est utilisée à des fins de transmission et l'autre est utilisée à des fins de réception.
La figure 10 est une vue graphique représentant un rapport d'ondes stationnaires en tension ("voltage standing wave ratio") (VSWR) de la plaque supérieure et de la plaque inférieure de l'antenne plane, selon les principes de la présente invention. Le rapport d'ondes stationnaires en tension (VSWR) est mesuré dans la largeur de bande de 7,25 gigahertz (GHz) à 8,4 GHz.
Comme cela est représenté sur le dessin, la valeur maximale du rapport d'ondes stationnaires en tension (VSWR) est inférieur à 1,7.
La figure 11 est une vue graphique représentant une isolation entre les sous-groupements, selon les principes de la présente invention. Comme cela est représenté sur le dessin, l'isolation entre les sousgroupements est supérieure à-25 décibels (dB) sur toute la largeur de bande.
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La figure 12 est une vue graphique représentant des gains d'antenne et l'isolation de polarisation croisée, selon les principes de la présente invention.
Comme cela est représenté sur le dessin, les gains d'antenne sont au moins de 28,5 dB, et l'isolation de polarisation croisée est supérieure à-25 dB au maximum.
Comme cela est décrit ci-dessus, la présente invention propose une antenne ayant une polarisation rectiligne et circulaire, qui possède une caractéristique orthogonale à la fois en polarisation rectiligne et en polarisation circulaire, et dont la hauteur peut être diminuée en mettant en #uvre une antenne plane microruban ayant une double polarisation qui possède un gain élevé sur une large bande de fréquences, et qui transmet ou reçoit la polarisation rectiligne ou circulaire.
Tandis que la présente invention a été illustrée par la description de modes de réalisation de celle-ci, et tandis que les modes de réalisation ont été décrits de manière considérablement détaillée, le demandeur n'a pas l'intention de restreindre ni de limiter de quelque manière que ce soit la portée des revendications annexées à ces détails. Des avantages et des modifications supplémentaires vont apparaître clairement à l'homme du métier. En conséquence, l'invention, dans ses aspects plus larges, n'est pas limitée aux détails spécifiques, ni à l'appareil et au procédé représentatifs, ni aux exemples montrés et décrits. En conséquence, il est possible de s'écarter
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de ces détails sans s'éloigner de l'esprit ou de la portée du concept inventif général du demandeur.
Claims (20)
1. Antenne plane ayant une polarisation rectiligne et circulaire, l'antenne comprenant : une plaque ayant une substance diélectrique avec un conducteur revêtu sur des surfaces latérales de la substance diélectrique ; et au moins un élément de rayonnement comprenant : une première branche (110) positionnée sur une première surface de ladite plaque ; et une seconde branche (120) positionnée sur une seconde surface de ladite plaque différente de la première surface.
2. Antenne selon la revendication 1, lesdites première et seconde branches (110, 120) correspondant aux première et seconde branches (110) d'un dipôle.
3. Antenne selon la revendication 2, ledit au moins un élément comprenant en outre une embase (390) compensant l'impédance de couplage.
4. Antenne selon la revendication 3, ledit au moins un élément formant au moins une fente (380) compensant la réactance du dipôle.
5. Antenne selon la revendication 1, ledit au moins un élément de rayonnement comprenant en outre une tige (130), lesdites première et seconde branches (110, 120) formant un angle inférieur à 90 avec une surface qui est perpendiculaire à ladite tige (130).
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6. Antenne selon la revendication 5, lesdites première et seconde branches (110,120) formant un angle de 90 avec ladite tige (130).
7. Antenne selon la revendication 6, lesdites première et seconde branches (110,120) formant un angle de 45 avec la surface qui est perpendiculaire à ladite tige (130).
8. Antenne plane ayant une polarisation rectiligne et circulaire, l'antenne comprenant : une première plaque (210) ayant une première substance diélectrique avec un conducteur revêtu sur des surfaces latérales de la première substance diélectrique, ladite première plaque ayant une première surface latérale et une seconde surface latérale ; une seconde plaque (220) ayant une seconde substance diélectrique avec un conducteur revêtu sur des surfaces latérales de la seconde substance diélectrique, ladite seconde plaque ayant une première surface latérale et une seconde surface latérale, ladite seconde plaque se trouvant sous ladite première plaque (210), ladite première surface latérale de ladite seconde plaque faisant face à ladite seconde surface latérale de ladite première plaque ; une pluralité de premiers éléments de rayonnement symétriques (270) se trouvant sur lesdites première et seconde surfaces latérales de ladite première plaque, lesdits premiers éléments effectuant au moins une
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action choisie parmi la transmission d'ondes radio et la réception d'ondes radio ; une pluralité de seconds éléments de rayonnement symétriques (280) se trouvant sur lesdites première et seconde surfaces latérales de ladite seconde plaque, lesdits seconds éléments effectuant au moins une action choisie parmi la transmission d'ondes radio et la réception d'ondes radio ; une plaque de masse (230) correspondant à un potentiel de référence local pour lesdits premiers et seconds éléments, ladite plaque de masse (230) se trouvant sous ladite seconde plaque ; et un support (240) supportant l'antenne en connectant ladite première plaque, ladite seconde plaque et ladite plaque de masse (230).
9. Antenne selon la revendication 8, ladite plaque de masse (230) supportant en outre l'antenne.
10. Antenne selon la revendication 8, chacun desdits premiers éléments et chacun desdits seconds éléments comprenant : une paire de branches ; et une tige (130) , chaque branche de ladite paire de branches formant un angle inférieur à 90 avec une surface qui est perpendiculaire à ladite tige (130).
11. Antenne selon la revendication 10, chaque branche de ladite paire de branches formant un angle de 90 avec ladite tige (130).
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12. Antenne selon la revendication 11, chaque branche de ladite paire de branches formant un angle de 45 avec la surface qui est perpendiculaire à ladite tige (130) .
13. Antenne selon la revendication 12, ladite paire de branches correspondant à une paire de branches d'un dipôle, chacun desdits premiers éléments et chacun desdits seconds éléments comprenant en outre une embase (390) compensant l'impédance de couplage, chacun desdits premiers éléments et chacun desdits seconds éléments formant au moins une fente (380) compensant la réactance du dipôle respectif.
14. Antenne selon la revendication 8, comprenant en outre : chacun desdits premiers éléments comprenant une première branche (110) et une seconde branche (120) ; ladite première branche (110) de chacun desdits premiers éléments et un premier fil d'alimentation en énergie étant situés sur ladite première surface latérale de ladite première plaque, ladite seconde branche (120) de chacun desdits premiers éléments étant située sur une surface choisie parmi ladite seconde surface latérale de ladite première plaque et ladite première surface latérale de ladite seconde plaque ; chacun desdits seconds éléments comprenant une première branche (110) et une seconde branche (120) ; ladite première branche (110) de chacun desdits seconds éléments et un second fil d'alimentation en énergie étant situés sur ladite seconde surface
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latérale de ladite seconde plaque, ladite seconde branche (120) de chacun desdits seconds éléments étant située sur une surface choisie parmi ladite première surface latérale de ladite seconde plaque et ladite seconde surface latérale de ladite première plaque.
15. Antenne selon la revendication 8, comprenant en outre : une couche médiane positionnée entre ladite seconde surface latérale de ladite première plaque et ladite première surface latérale de ladite seconde plaque ; chacun desdits premiers éléments comprenant une première branche (110) et une seconde branche (120) ; ladite première branche (110) de chacun desdits premiers éléments et un premier fil d'alimentation en énergie étant situés sur ladite première surface latérale de ladite première plaque, ladite seconde branche (120) de chacun desdits premiers éléments étant située sur une surface de ladite couche médiane ; chacun desdits seconds éléments comprenant une première branche (110) et une seconde branche (120) ; et ladite première branche (110) de chacun desdits seconds éléments et un second fil d'alimentation en énergie étant situés sur ladite seconde surface latérale de ladite seconde plaque, ladite seconde branche (120) de chacun desdits seconds éléments étant située sur une surface de ladite couche médiane.
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16. Antenne selon la revendication 8, comprenant en outre : un premier groupe d'éléments choisis parmi lesdits premiers et seconds éléments de rayonnement correspondant à un premier sous-groupement ; et un second groupe d'éléments choisis parmi lesdits premiers et seconds éléments de rayonnement correspondant à un second sous-groupement.
17. Antenne selon la revendication 16, ledit support (240) comprenant : un déphaseur mis en #uvre avec une embase à lignes microruban pour former une différence de phase de 90 entre des signaux générés par chacun desdits premier et second sous-groupements ; un raccordement (820) d'un circuit d'alimentation en énergie positionné là où des fils d'alimentation en énergie sont connectés auxdits premier et second éléments dans lesdits premier et second sousgroupements ; et une sonde (830) connectant ledit déphaseur et ledit raccordement du circuit d'alimentation en énergie.
18. Antenne selon la revendication 8, chacune desdites première et seconde plaques (210,220) correspondant à une carte de circuit imprimé.
19. Elément de rayonnement, comprenant : une paire de branches ; et
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une tige (130) jointe à ladite paire de branches, chacune desdites branches formant un angle de 45 avec une surface qui est perpendiculaire à ladite tige (130), ladite paire de branches correspondant à un dipôle symétrique.
20. Elément selon la revendication 19, ledit élément de rayonnement comprenant en outre une embase (390) compensant l'impédance de couplage, ledit élément de rayonnement formant au moins une fente (380) compensant la réactance du dipôle.
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