La présente invention se situe dans le domaine des antennes électromagnétiques. Plus précisément, l'invention concerne une antenne reconfigurable par électromouillage.
Classiquement une antenne électromagnétique est composée d'un élément rayonnant, d'un diélectrique et d'un plan de masse. L'élément rayonnant et le plan de masse sont le plus souvent métalliques. Ils présentent des formes et des dimensions très variables.
Dans les systèmes radio du type radio logicielle, tels que SDR (pour Software Defined Radio en anglais) ou SR (pour Software Radio), les terminaux et/ou objets communicants sont contraints en dimensions, en poids et ont une faible autonomie d'énergie. Ces terminaux et/ou objets communicants requièrent des antennes qui soient miniaturisées, d'une part, et qui puissent satisfaire, d'autre part, un ensemble de contraintes liées au système radio. Par exemple, ces antennes doivent pouvoir couvrir simultanément toutes les fréquences d'une large bande de fréquence ou au minimum ces antennes doivent présenter une grande agilité en fréquence pour pouvoir balayer un large spectre de fréquences.
Pour satisfaire cet ensemble de contraintes, des antennes dites "reconfigurables" ont été conçues.
Il existe actuellement au moins trois types d'antennes reconfigurables comme exposé ci-après.
Dans l'état actuel de la technique, compte tenu des contraintes de dimensions, la reconfiguration d'une antenne n'est pas obtenue par une déformation mécanique ou géométrique de l'antenne ou des éléments qui la composent.
En effet, actuellement, la reconfiguration d'une antenne est obtenue en commutant certains éléments, parmi l'élément rayonnant, le diélectrique et le plan de masse, qui la composent, ou en faisant varier des impédances connectées en certains points de l'antenne.
Ces deux modes de reconfiguration présentent des inconvénients.
Dans le cas où l'on commute des éléments de l'antenne, on obtient une variation discontinue des caractéristiques que l'on souhaite reconfigurer (fréquence, directivité du rayonnement).
Dans le cas où l'on fait varier des impédances connectées en certains points de l'antenne, on obtient une variation continue en fréquence mais limitée par les plages de variation des impédances utilisées. Pour les mêmes raisons, les variations continues du diagramme de rayonnement sont limitées.
La combinaison des deux types de reconfiguration (par commutation d'éléments et par variation d'impédances) permet d'obtenir des variations des caractéristiques physiques concernées dans des plages plus larges mais avec une complexité accrue peu compatible avec les contraintes de conception (dimension, poids, autonomie d'énergie) des terminaux et/ou des objets communicants considérés.
De plus, les éléments (commutateurs et impédances) permettant la reconfiguration, présentent des pertes intrinsèques qui affectent l'efficacité de l'antenne.
Le document
Le document des auteurs
Il existe donc un réel besoin de disposer d'une technique de reconfiguration d'une antenne électromagnétique qui ne présente pas les inconvénients précités des techniques de reconfiguration connues.
Ainsi, la présente invention concerne, selon un premier aspect, une antenne électromagnétique selon la revendication 1.
L'antenne selon l'invention présente l'avantage de comporter un élément rayonnant non plus métallique mais composé d'une substance fluide qui est par nature déformable.
Selon une caractéristique préférée, la première substance fluide est une substance rendue conductrice de l'électricité par l'introduction dans cette substance de particules ou de fragments d'un élément conducteur ou par l'introduction dans cette substance d'une substance conductrice
L'introduction dans la substance fluide de fragments d'un élément conducteur confère à l'élément rayonnant (substance fluide et fragments) des propriétés électromagnétiques particulières. Ainsi la fréquence résonnante n'est plus nécessairement fixée par les dimensions et le volume de la substance fluide mais est également fonction des éventuels repliements des fragments qui peuvent présenter des longueurs déployées très importantes. Cela permet ainsi un fonctionnement de l'antenne dans des bandes de fréquence beaucoup plus basses que dans le cas d'une simple substance fluide.
Selon une caractéristique préférée, le deuxième élément est composé d'un ensemble de sous-éléments isolés électriquement les uns des autres.
La décomposition du deuxième élément en sous-éléments permet de faciliter et de mieux contrôler la déformation de l'ensemble. Il est possible d'obtenir une déformation asymétrique.
Selon une caractéristique préférée, les surfaces de contact du premier et du deuxième élément avec respectivement la première et la deuxième substance fluide sont planes ou concaves ou convexes.
La forme prise par la surface de contact des éléments avec les substances fluides, en particulier lorsque celle-ci est concave, permet de compenser les effets dus au poids de la substance fluide (effets de la gravité), d'augmenter la taille de l'antenne et donc de pouvoir l'utiliser dans des bandes de fréquences plus basses.
Selon une caractéristique préférée, l'une au moins des surfaces de contact du premier et du deuxième élément avec respectivement la première et la deuxième substance fluide est recouverte d'une couche d'un matériau isolant.
Ainsi l'introduction d'une couche d'un matériau isolant permet d'isoler les substances fluides et d'éviter des réactions chimiques entre les substances fluides et les surfaces de contact des éléments avec les substances fluides.
Une plus grande souplesse pour le choix des matériaux constituant les premier et deuxième éléments est également obtenue.
La déformation des contours et du volume de la première substance fluide peut être lente et progressive. Compte tenu de la souplesse des substances constitutives de l'antenne, cette déformation est réversible. La déformation étant continue, la reconfiguration de l'antenne est également continue, progressive et réversible. Ces caractéristiques améliorent fortement l'adaptabilité de l'antenne.
Selon une caractéristique préférée, les contours et le volume de la première substance fluide sont déformés par application d'une pluralité de différences de potentiel entre le premier élément et chacun des sous-éléments du deuxième élément.
Le deuxième élément pouvant être décomposé en sous-éléments, la déformation des contours et du volume de la première substance fluide peut être asymétrique. La reconfiguration de l'antenne, en particulier en polarisation et en diagramme de rayonnement, est grandement améliorée.
Selon une caractéristique préférée, l'antenne selon l'invention comporte un capot de protection enfermant le premier élément, le deuxième élément, la première substance fluide et la deuxième substance fluide.
L'invention concerne également un procédé de reconfiguration d'une antenne telle que décrite précédemment, ledit procédé comportant une opération de déformation des contours et du volume de la première substance fluide par application d'au moins une différence de potentiel entre le premier et le deuxième élément.
Un procédé de reconfiguration d'une antenne selon l'invention présente l'avantage d'être continu, progressif et réversible.
L'invention concerne aussi un terminal de radiocommunication comportant une antenne telle que décrite ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de modes de réalisation préférés, décrits en référence aux figures annexées sur lesquelles :
La
L'antenne représentée sur la
Le port RF est relié à un premier élément S1 conducteur de l'électricité.
Dans un même plan P, l'élément S1 est entouré d'un élément S3 isolant qui le sépare d'un deuxième élément S2 conducteur de l'électricité, l'élément S2 entourant l'élément S3.
Sur l'élément S1 repose une première substance fluide F1 fortement conductrice de l'électricité. Comme représenté sur la
La substance fluide F1 possède une tension superficielle comparable à celle de l'huile. A titre d'exemples, la substance fluide F1 peut être un liquide, un corps dans une phase de transition solide-liquide ou encore un matériau mou et coulant, de type polymère.
Le volume de la substance fluide F1 est faible et peut, à titre d'exemple, s'apparenter à celui d'une goutte.
Sur l'élément S2 repose une deuxième substance fluide F2. Comme représenté sur la
La substance fluide F2 possède une tension superficielle comparable à celle de l'eau. A titre d'exemples, la substance fluide F2 peut être de l'eau ou un liquide ayant des propriétés comparables à celles de l'eau.
Les substances fluides F1 et F2 ne sont pas miscibles.
Les substances fluides F1 et F2 sont en contact au niveau d'une surface de contact Sc. La substance fluide F2 recouvre la substance fluide F1.
Selon une variante de réalisation représentée à la
Selon une autre variante de réalisation non représentée, la substance fluide F1 est rendue conductrice de l'électricité par l'introduction d'une substance fluide conductrice mélangée à la substance fluide F1.
La
La
On peut cependant envisager d'autres formes pour les éléments S1, S2 et S3.
La
La surface formée par les surfaces des éléments S1, S2 et S3 en contact avec les substances fluides F1 et F2 peut être plane telle que représentée sur les
Lorsque la surface formée par les surfaces des éléments S1, S2 et S3 en contact avec les substances fluides F1 et F2 est convexe, le rayon de courbure doit être inférieur à un certain seuil. Si ce seuil est dépassé, les effets de la gravité agissant sur les substances fluides peuvent entrainer une déchirure de "l'enveloppe" extérieure de ces substances fluides. Les substances fluides se transforment en gouttelettes au niveau du contact avec la surface convexe formée des surfaces des éléments S1, S2 et S3.
Lorsque la surface formée par les surfaces des éléments S1, S2 et S3 en contact avec les substances fluides F1 et F2 est concave, le volume et les dimensions des substances fluides sont augmentés, en particulier la dimension de la surface de contact Sc. De plus, les effets de la gravité sont compensés limitant ainsi l'impact du poids de la substance fluide sur son comportement.
Dans un mode particulier de réalisation de l'invention l'une au moins des surfaces des éléments S1, S2 et S3 en contact avec les substances fluides F1 et F2 est recouverte d'une mince couche d'un matériau isolant.
Cette mince couche permet d'isoler les substances fluides F1 et F2 et d'éviter ainsi des réactions chimiques entre les substances fluides F1 et F2 et les surfaces des éléments S1, S2 et S3.
Cette solution laisse également une plus grande souplesse pour le choix des matériaux constituant en particulier les éléments S1 et S2.
L'invention concerne également un procédé de reconfiguration d'une antenne selon l'invention.
La
Sur la
En appliquant une tension continue à l'élément S2, c'est-à-dire une différence de potentiel continue entre les éléments S1 et S2, on modifie l'énergie entre la substance fluide F2 et la surface de contact Sc. Le volume occupé par la substance fluide F2 est alors déformé et les contours de cette substance fluide F2 se déplacent.
Le déplacement des contours de la substance fluide F2 entraine le déplacement des contours de la substance fluide F1 avec laquelle elle est en contact. Le volume occupé par la substance fluide F1 est alors à son tour déformé. Ce déplacement et cette déformation entrainent une modification des caractéristiques d'un point de vue rayonnement électromagnétique de la substance fluide F1.
Les flèches dessinées sur la
On obtient ainsi une antenne reconfigurable par déformation des contours et d'un volume d'une substance fluide conductrice.
La reconfiguration est possible en fréquence et en diagramme de rayonnement.
De manière générale, le phénomène de déformation et de déplacement des contours d'une substance fluide en contact avec une surface à laquelle on applique une tension électrique correspond au phénomène désigné par "électromouillage".
La
La
Ces deux exemples illustrent la capacité de reconfiguration en fréquence de l'antenne selon l'invention.
Lorsque l'élément S2 est composé d'un ensemble de n sous-éléments SEi avec i variant de 1 à n (mode de réalisation représenté à la
La
La
Les
Les
Lorsque la surface formée par les surfaces des éléments S1, S2 et S3 en contact avec les substances fluides F1 et F2 est concave (par exemple, pour former une sorte de cuvette), une partie de cette surface (celle qui constitue les bords de la cuvette et qui correspond notamment à la surface de l'élément S2) permet de contrôler mécaniquement la déformation du volume de la substance fluide F2 et de compenser les effets de la gravité augmentant ainsi la qualité de l'antenne obtenue.
La possibilité de faire varier de façon continue la différence (ou les) différence(s) de potentiel entre les éléments S1 et S2 (ou les sous-éléments de l'élément S2) permet d'obtenir une déformation réversible des contours et du volume de la substance fluide F1 et une variation continue des caractéristiques de l'antenne (fréquence, polarisation, directivité du rayonnement).
La
Le capot de protection permet d'enfermer les différents éléments constitutifs de l'antenne tels que les éléments S1, S2 et S3 et les substances fluides F1 et F2.
Le capot de protection est constitué de parois solides.
Ces parois sont perméables au rayonnement des ondes électromagnétiques par l'antenne avec un minimum de pertes.
Dans un mode particulier de réalisation, tel que celui représenté à la
Dans un mode particulier de réalisation, le capot de protection peut également enfermer une troisième substance fluide F3, non miscible avec les substances fluides F1 et F2. Cette troisième substance fluide F3 permet de combler les espaces vides entre les parois du capot de protection et les éléments qu'il renferme.
L'invention concerne également un terminal de radiocommunication ou tout objet communicant apte à recevoir une antenne selon l'invention.
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