L'invention concerne une structure antennaire large bande. En particulier, l'invention concerne une structure antennaire large bande à polarisation verticale et à rayonnement omnidirectionnel horizontal, notamment pour application mobile, pour des fréquences comprises entre les bandes basses fréquences LF (pour Low Frequency en anglais) et ultra haute fréquences UHF (pour Ultra High Frequency en anglais).
Les antennes large bande à polarisation verticale sont utilisées dans diverses applications de télécommunication ou de radiodiffusion, notamment dans le cadre d'applications mobiles, en étant par exemple placées sur des véhicules.
Les antennes utilisées actuellement pour ces types d'applications mobiles sont généralement des antennes monopôles large bande (monopôle conique, planaire à géométrie variables) intégrées sous un radôme, ou bien des fouets amortis, droits ou inclinés. Pour les applications fixes, les antennes utilisées sont généralement des antennes biconiques ou des antennes fouets équipées d'une cellule d'adaptation pour les fréquences comprises entre les basses fréquences LF et les hautes fréquences HF (pour High Frequency en anglais).
Ces antennes ont pour principal inconvénient de présenter un encombrement vertical proche ou supérieur au quart de la longueur d'onde de la fréquence la plus basse de fonctionnement de l'antenne. Les solutions actuellement proposées pour réduire cet encombrement vertical sont peu efficaces et présentent une forte réduction des gains pour un rayonnement dans le plan horizontal, dit rayonnement azimutal. De plus, le rayonnement azimutal est généralement peu stable en fréquence sur la bande de fréquence des antennes.
Le document
L'invention vise à pallier au moins certains des inconvénients des structures antennaires connues.
En particulier, l'invention vise à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, une structure antennaire à polarisation verticale de faible encombrement vertical.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une structure antennaire dont les performances sont stables sur une large bande de fréquence.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, une structure antennaire à rayonnement omnidirectionnel dans un plan horizontal.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une structure antennaire dont le gain azimutal est sensiblement constant sur toute la bande de fréquence de fonctionnement.
Pour ce faire, l'invention concerne une structure antennaire selon la revendication indépendante 1 à large bande de fréquence, à polarisation selon une direction privilégiée, dite direction verticale, adaptée pour une émission et/ou une réception de signaux de longueur d'onde comprise entre une longueur d'onde minimale et une longueur d'onde maximale, ladite structure antennaire comprenant :
La longueur d'onde maximale correspond à des signaux de fréquence minimale dans la bande de fréquence, et la longueur d'onde minimale correspond à des signaux de fréquence maximale dans la bande de fréquence. La partie de la bande de fréquence proche de la fréquence minimale est dite partie basse de la bande, et la partie de la bande de fréquence proche de la fréquence maximale est dite partie haute de la bande. Les fréquences minimales et maximales correspondent aux bornes de la bande de fréquence dans laquelle la structure antennaire est destinée à être utilisée sans dégradation des performances. La structure antennaire est adaptée pour fonctionner en dehors de cette bande de fréquence, mais sans garantie de performance.
On entend par bande métallique et bande rayonnante des éléments métalliques ou une combinaison d'éléments métalliques s'étendant principalement sur deux dimensions, une largeur et une longueur, et ayant une épaisseur négligeable par rapport auxdites largeur et longueur. Notamment, les bandes métalliques et les bandes rayonnantes se distinguent d'un fil qui se caractérise principalement par une seule dimension, sa longueur, et d'un élément en trois dimensions dont aucune des dimensions n'est négligeable par rapport aux deux autres. En particulier, les bandes métalliques et les bandes rayonnantes ont une largeur supérieure à un douzième de la longueur d'onde maximale.
Une structure antennaire selon l'invention a un encombrement faible et permet une émission ou une réception d'un signal sur une large bande de fréquence et de polarisation linéaire. La structure antennaire permet en outre un rayonnement omnidirectionnel dans le plan horizontal, dit rayonnement azimutal, et de gain sensiblement constant sur toute la bande de fréquence de fonctionnement dans ce plan. Le rayonnement de la structure antennaire est optimisé dans le plan horizontal. L'utilisation de la structure antennaire dans une large bande de fréquence d'utilisation est notamment permise grâce à la largeur des bandes métalliques et des bandes rayonnantes.
L'élément de court-circuit permet d'améliorer l'adaptation de la structure antennaire. En outre, le rayonnement omnidirectionnel de la structure antennaire est amélioré dans la partie centrale de la bande de fréquence, dite milieu de bande.
Les parties des bandes métalliques les plus éloignées du plan de masse désignent sur chaque bande métallique la portion représentant 50% de la surface de la bande métallique, située entre l'extrémité de la bande métallique à laquelle est reliée la boucle rayonnante et le milieu de la bande métallique.
Le plan de masse s'étendant horizontalement et les bandes métalliques s'étendant verticalement, la polarisation est verticale, le rayonnement est omnidirectionnel dans le plan horizontal, et le gain azimutal est sensiblement constant sur toute la bande de fonctionnement. Une polarisation verticale permet une meilleure efficacité de la structure antennaire en mobilité, par exemple si celle-ci est montée sur le toit d'un véhicule en mouvement, et plus particulièrement à une hauteur proche du niveau du sol.
Selon l'invention, la boucle rayonnante est une boucle rayonnante repliée, dans laquelle les bandes rayonnantes forment au moins un repli de section droite en forme de U formé de deux bandes rayonnantes s'étendant selon la direction verticale reliées à leurs extrémités les plus proches du plan de masse par une bande rayonnante, dite base du U, s'étendant selon une direction parallèle au plan horizontal.
Selon cet aspect de l'invention, le ou les replis en U permettent de réduire la longueur des bandes rayonnantes parallèles au plan horizontal, afin de réduire le rayonnement zénithal, c'est-à-dire le rayonnement ne se propageant pas dans le plan horizontal, dans la partie haute de la bande de fréquence. Les replis en U entrainent une répartition des bandes rayonnantes parallèles au plan horizontal sur plusieurs plans parallèles et non confondus. En outre, le ou les replis en U améliorent l'adaptation en impédance de la structure antennaire, et permettent de réduire l'encombrement de la structure antennaire tout en conservant une même longueur totale des bandes métalliques et des bandes rayonnantes de la structure rayonnante.
La base du U d'au moins un repli en U est agencée entre la première bande métallique et la deuxième bande métallique, et l'élément de court-circuit est formé au moins en partie par ladite base du U.
Avantageusement, une structure antennaire selon l'invention présente un encombrement vertical, entre le plan de masse et le point le plus haut de la structure rayonnante, inférieur à un dixième de la longueur d'onde maximale.
Selon cet aspect de l'invention, la réduction de l'encombrement antennaire en dessous du dixième de la longueur d'onde maximale permet d'éviter une dégradation des performances dans la partie haute de la bande et permet un rayonnement sans pertes de gain à l'horizon. De plus, la structure antennaire est ainsi moins encombrante que les antennes monopôle quart d'onde classiques, tout en présentant des performances égales ou supérieures en termes de gain et de rayonnement dans le plan horizontal.
Avantageusement et selon l'invention, la première bande métallique est adaptée pour être reliée à une borne positive d'un émetteur/récepteur et le plan de masse est adapté pour être relié à une borne négative dudit émetteur/récepteur.
On entend par émetteur/récepteur soit un émetteur seul, soit un récepteur seul, soit un dispositif adapté pour à la fois émettre et recevoir des signaux.
Avantageusement, l'émetteur/récepteur est adapté pour être connecté à la structure antennaire via un câble coaxial dont un conducteur intérieur connecte la borne positive de l'émetteur/récepteur à la première bande métallique et dont un conducteur extérieur connecte la borne négative de l'émetteur/récepteur à la deuxième bande métallique et/ou au plan de masse.
Selon cet aspect de l'invention, le câble coaxial permet une meilleure adaptation d'impédance de la structure antennaire.
Avantageusement, une structure antennaire selon l'invention comprend un boîtier métallique disposé sur le plan de masse et délimitant une cavité adaptée pour contenir l'émetteur/récepteur, ledit boitier métallique étant relié électriquement au plan de masse et à la deuxième bande métallique.
La cavité formée par le boitier métallique permet d'embarquer l'émetteur/récepteur dans la structure antennaire, réduisant ainsi les perturbations entre la structure antennaire et l'émetteur/récepteur, tout en conservant une longueur de connexion faible entre l'émetteur/récepteur et la première bande métallique et le plan de masse. Pour ne pas augmenter l'encombrement vertical de la structure antennaire, les longueurs de la première bande métallique et de la deuxième bande métallique peuvent être réduites pour que l'espace libéré soit occupé, dans une partie de sa hauteur, par le boitier métallique : la hauteur du boitier métallique est de préférence inférieure à un sixième de la hauteur totale de la structure antennaire.
Avantageusement, le boitier métallique est adapté pour recevoir des éléments de traitement du signal émis ou reçu par la structure antennaire, par exemple des éléments d'amplification, de filtrage, etc.
Avantageusement et selon l'invention, la première bande métallique est reliée à l'émetteur/récepteur via une surface de connexion métallique sensiblement parallèle au plan horizontal.
Selon cet aspect de l'invention, la surface de connexion métallique relie une extrémité de la première bande métallique à l'émetteur/récepteur afin d'ajuster l'adaptation d'impédance sur la bande de fréquence souhaitée. De préférence, la surface de connexion métallique a une forme de trapèze, une grande base du trapèze étant reliée à la première bande métallique et une petite base du trapèze étant reliée à l'émetteur/récepteur. Selon plusieurs variantes de l'invention, la surface de connexion s'étend depuis la première bande métallique et en direction de la seconde bande métallique, ou bien s'étend depuis la première bande métallique et dans la direction opposée à la seconde bande métallique.
Avantageusement et selon l'invention, la longueur la structure rayonnante entre la borne positive de l'émetteur/récepteur et la liaison du plan de masse et de la deuxième bande métallique est comprise entre la moitié de la longueur d'onde maximale et la longueur d'onde minimale.
On entend par longueur de la structure rayonnante la somme de la longueur des bandes métalliques et des bandes rayonnantes formant ladite structure rayonnante.
Selon cet aspect de l'invention, cette longueur de structure permet une amélioration de l'adaptation et une maîtrise du rayonnement azimutal sur toute la bande de fréquence.
Avantageusement et selon l'invention, la largeur de la structure rayonnante est comprise entre un huitième de la longueur d'onde maximale et un tiers de la longueur d'onde minimale.
Selon cet aspect de l'invention, la largeur de la structure rayonnante, correspondant à la largeur de la bande rayonnante composant la structure rayonnante la plus large, est suffisamment importante pour permettre l'émission/réception dans une large bande de fréquence, et suffisamment faible pour que l'encombrement de la structure antennaire soit limité. Outre la bande de fréquence, la largeur de la structure rayonnante influe aussi sur le rapport d'onde stationnaire, qui est d'autant plus faible dans la partie basse de la bande de fréquence que la largeur de la structure rayonnante est élevée.
Selon une autre variante de l'invention, la largeur de la structure rayonnante est inférieure à un huitième de la longueur d'onde maximale. Une telle largeur est moins avantageuse qu'une largeur supérieure à un huitième de la longueur d'onde maximale, notamment en termes d'adaptation de la structure antennaire, mais permet d'obtenir une antenne de taille réduite pour des raisons pratiques ou esthétique lorsque la structure antennaire est utilisée dans des applications dans lesquelles l'adaptation de la structure antennaire est peu critique.
Avantageusement et selon l'invention, la largeur des bandes rayonnantes est variable le long de la boucle rayonnante.
Selon cet aspect de l'invention, les bandes rayonnantes ont une largeur variable et donc une surface variable afin de permettre une homogénéisation de la densité surfacique du courant traversant les bandes rayonnantes. Cette homogénéisation de la densité surfacique de courant permet d'améliorer le rayonnement de la structure antennaire et notamment d'homogénéiser le gain de la structure antennaire dans le plan azimutal.
Avantageusement et selon l'invention, le plan de masse a une largeur et une longueur supérieure à la longueur d'onde maximale.
Selon cet aspect de l'invention, le rapport d'onde stationnaire de la structure antennaire est amélioré. En pratique, soit le plan de masse a une longueur et une largeur réelles supérieures à la longueur d'onde maximale, soit le plan de masse est relié électriquement à une surface métallique ayant une longueur et une largeur supérieures à la longueur d'onde maximale.
Avantageusement, une structure antennaire selon l'invention comprend un radôme entourant la structure rayonnante.
Selon cet aspect de l'invention, le radôme permet une protection de la structure rayonnante, par exemple contre les intempéries, et permet de cacher la structure antennaire. En outre, le radôme est conçu pour ne pas dégrader le rayonnement de la structure antennaire.
L'invention concerne également un véhicule, caractérisé en ce qu'il est équipé d'une structure antennaire selon l'invention, le plan de masse de la structure antennaire étant fixé en continuité électrique à une surface s'étendant dans un plan sensiblement parallèle au plan horizontal.
Un véhicule selon l'invention est adapté pour émettre et recevoir des signaux par le biais de la structure antennaire, pour des applications en télécommunications notamment. Fixer le plan de masse sur une surface conductrice s'étendant dans un plan sensiblement parallèle au plan horizontal, par exemple le toit du véhicule, permet d'agrandir facilement la surface faisant office de plan de masse.
L'invention concerne également une structure antennaire et un véhicule caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
La
La structure 10 antennaire est adaptée pour émettre ou recevoir des signaux dans une large bande de fréquence entre une fréquence minimale, associée à une longueur d'onde maximale, et une fréquence maximale, associée à une longueur d'onde minimale. Ces fréquences minimales et maximales sont les fréquences entre lesquelles la structure 10 antennaire est prévue pour fonctionner avec des performances optimales. Ainsi, la structure 10 antennaire peut fonctionner en dehors de cette bande de fréquence, sans que les performances soient toutefois assurées, le dimensionnement de la structure 10 antennaire étant lié à la bande de fréquence souhaitée.
Par exemple, la structure 10 antennaire peut être configurée pour une application large bande entre une fréquence minimale de 470 MHz et une fréquence maximale de 700 MHz. Ces deux valeurs sont donc associées à une longueur d'onde minimale d'environ 43 cm et une longueur d'onde maximale d'environ 63 cm.
La structure 10 antennaire comprend un plan 1 de masse sur lequel est reliée une structure 12 rayonnante. Le plan 1 de masse définit un plan, dit plan horizontal, comprenant deux axes X-X et Y-Y perpendiculaires entre eux, et définit en outre un axe Z-Z perpendiculaire au plan horizontal. La structure 12 rayonnante comprend deux bandes métalliques, une première bande 21 métallique et une deuxième bande 22 métallique, dont les extrémités les plus éloignées du plan 1 de masse sont reliées à une boucle 14 rayonnante. La boucle 14 rayonnante est composée d'une pluralité de bandes rayonnantes, ici treize, référencées 231a, 233a, 234a, 235a, 236a, 237a, 231b, 233b, 234b, 235b, 236b, 237b et 232, permettant de relier les extrémités des deux bandes 21, 22 métalliques. La structure 10 antennaire est destinée à l'émission et/ou la réception de signaux de polarisation préférentiellement verticale, c'est-à-dire orientée selon l'axe Z-Z, avec un rayonnement omnidirectionnel azimutal, c'est-à-dire que les signaux se propagent sensiblement parallèlement au plan horizontal.
Les deux bandes 21, 22 métalliques sont disposées sensiblement perpendiculairement au plan 1 de masse, donc disposés sensiblement verticalement, et sont parallèles l'une à l'autre. La deuxième bande 22 métallique est reliée au plan 1 de masse de façon à être en continuité électrique, par exemple par soudage, vissage, rivetage, et la première bande 21 métallique est reliée à une borne positive d'un émetteur/récepteur 4, une borne négative de l'émetteur/récepteur 4 étant reliée au plan 1 de masse, les bornes positive et négative étant de préférence situées dans le plan défini par l'axe X-X et l'axe Z-Z. Les parties supérieures des deux bandes 21, 22 métalliques, c'est-à-dire les parties les plus éloignées du plan 1 de masse, sont reliées par un élément 24 de court-circuit. La partie inférieure de la première bande 21 métallique, c'est-à-dire la partie la plus proche du plan 1 de masse, à laquelle est reliée la borne positive de l'émetteur/récepteur 4, est à une distance du plan 1 de masse inférieure à un centième de la longueur d'onde minimale. La distance séparant la première bande 21 métallique de la deuxième bande 22 métallique est inférieure à un dixième de la longueur d'onde minimale. La longueur de la deuxième bande 22 métallique est comprise entre un douzième et un dixième de la longueur d'onde minimale, afin d'assurer un rayonnement optimal sur toute la bande de fréquence.
Selon les modes de réalisation, l'émetteur/récepteur 4 peut être par exemple uniquement un émetteur, uniquement un récepteur ou un dispositif groupant les fonctions d'émetteur et de récepteur.
Le plan 1 de masse est ici représenté d'une taille équivalente à l'encombrement de la structure 12 rayonnante selon les axes X-X et Y-Y. De préférence, le plan 1 de masse est relié électriquement à une surface sensiblement horizontale de taille plus importante, de préférence de largeur et de longueur supérieure à la longueur d'onde maximale, par exemple le toit d'un véhicule comme représenté en référence à la
La boucle 14 rayonnante comprend une portion supérieure, ici composée des bandes rayonnantes 231a, 231b, 232, 233a et 233b. Cette portion supérieure est reliée à des portions latérales sensiblement verticales, composé respectivement des bandes rayonnantes 235a et 235b, lesdites portions latérales étant reliées à des portions de liaison respectivement composées des bandes rayonnantes 234a, 236a, 237a et des bandes rayonnantes 234b, 236b, 237b, lesdites portions de liaison étant reliées aux deux bandes 21, 22 métalliques, fermant ainsi la boucle 14 rayonnante. Les bandes rayonnantes 232, 233a, 233b, 234a, 234b, 237a, 237b sont sensiblement horizontales. Les bandes rayonnantes 231a, 231b, 235a, 235b, 236a, 236b sont sensiblement verticales. Dans ce premier mode de réalisation, la boucle 14 rayonnante est ainsi symétrique de part et d'autre du plan défini par les axes Y-Y et Z-Z.
Les bandes rayonnantes ont chacune une largeur définie selon l'axe Y-Y et une longueur définie soit selon l'axe X-X pour les bandes rayonnantes orientées sensiblement horizontalement, soit selon l'axe Z-Z pour les bandes rayonnantes orientées sensiblement verticalement. Par extension, la largeur de la boucle 14 rayonnante est définie par la largeur de la bande rayonnante la plus large parmi celles formant la boucle 14 rayonnante, et la longueur de la boucle 14 rayonnante est définie par la somme des longueurs des bandes rayonnantes formant la boucle 14 rayonnante. Dans ce premier mode de réalisation, les bandes rayonnantes ont toutes la même largeur. La longueur de la structure 12 rayonnante est la somme de la longueur de la boucle 14 rayonnante et des longueurs selon l'axe Z-Z de la première 21 bande métallique et de la deuxième bande 22 métallique, c'est-à-dire la longueur de la structure 12 rayonnante entre la borne positive de l'émetteur/récepteur 4 et la liaison du plan 1 de masse et de la deuxième bande 22 métallique. En l'occurrence, dans ce mode de réalisation, la longueur de la structure 12 rayonnante est comprise entre la moitié de la longueur d'onde maximale, soit 63/2=31,5 cm environ, et la longueur d'onde minimale soit 43 cm environ. La largeur de la structure 12 rayonnante est comprise entre un huitième de la longueur d'onde maximale, soit 63/8=7,9 cm environ, et un tiers de la longueur d'onde minimale, soit 43/3=14,3 cm environ. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la largeur de la structure 12 rayonnante est inférieure à un huitième de la longueur d'onde maximale. L'adaptation de la structure 10 antennaire est ainsi moins optimisée, mais permet de réduire l'encombrement de la structure 10 antennaire lorsque l'utilisation de la structure 10 antennaire est peu sensible à la dégradation de l'adaptation.
La boucle 14 rayonnante est une boucle repliée, comprenant au moins un repli en forme de U, ici trois replis 16a, 16b, 16c. Un repli est composé de trois bandes rayonnantes, une bande rayonnante étant reliée à chacune de ses deux extrémités par une bande rayonnante perpendiculaire à celle-ci, de façon à former un U. Les replis permettent notamment de réduire la taille des bandes rayonnantes parallèles au plan horizontal, limitant ainsi un rayonnement zénithal de la structure 10 antennaire, c'est-à-dire un rayonnement sensiblement orienté dans la direction de l'axe Z-Z.
Par exemple, un premier repli 16a en U est situé sur la portion supérieure de la boucle 14 rayonnante et est formé des bandes rayonnantes 231a et 231b chacune reliée à une extrémité de la bande rayonnante 232 et perpendiculaire à celle-ci. Les extrémités des bandes rayonnantes 231a et 231b non-reliées à la bande rayonnante 232 sont reliées respectivement aux bandes rayonnantes 233a et 233b et perpendiculaires à celles-ci. Sans ce premier repli en U, les bandes rayonnantes 233a et 233b seraient directement reliée pour former une unique longue bande rayonnante. La longueur de cette longue bande rayonnante parallèle au plan horizontal entrainerait un rayonnement zénithal trop important. Avec ce premier repli en U, les bandes rayonnantes 233a et 233b sont situées sur un même plan, et la bande rayonnante 232 est située sur un plan parallèle et non confondu avec ce dernier plan.
De la même façon, les portions latérales et les portions de liaison forment un deuxième repli 16b en U et un troisième repli 16c en U. Les portions latérales comprennent des bandes rayonnantes 235a et 235b sensiblement verticales et perpendiculaires aux bandes rayonnantes 233a et 233b. Les portions de liaison comprennent des bandes rayonnantes 234a et 234b sensiblement horizontales et perpendiculaires aux bandes 21, 22 métalliques. Les portions de liaison comprennent en outre chacun un repli en U faisant office de liaison avec les portions latérales. Plus précisément, le deuxième repli 16b en U comprend la bande rayonnante 236a perpendiculaires à la bande rayonnante 234a, et la bande rayonnante 237a perpendiculaire à la bande rayonnante 236a et à la bande rayonnante 235a, formant ainsi un U. Les bandes rayonnantes 234a et 237a sont ainsi situées sur deux plans parallèles au plan horizontal et non confondus. De façon symétrique, les bandes rayonnantes 236b, 237b et 235b forment le troisième repli 16c en U. La longueur des bandes rayonnantes 236a et 236b sont de préférence comprises entre un quart et un tiers de la longueur de, respectivement, la bande rayonnante 235a et la bande rayonnante 235b.
Comme pour le premier repli 16a en U, le deuxième repli 16b en U et le troisième repli 16c en U permettent notamment de réduire la taille des bandes rayonnantes horizontales pour réduire le rayonnement zénithal de la structure 10 antennaire. En outre, les replis en U, notamment le premier repli 16a en U, permettent d'améliorer l'adaptation de la structure 10 antennaire et le rayonnement azimutal, en particulier pour des fréquences dans la partie haute de la bande de fréquence.
Les replis en U permettent aussi de réduire l'encombrement de l'ensemble de la structure 10 antennaire, notamment selon l'axe X-X (dit encombrement en longueur) et selon l'axe Z-Z (dit encombrement vertical), tout en conservant une longueur de boucle 14 rayonnante suffisante pour l'application visée. Notamment, l'encombrement vertical de la structure 10 antennaire est ainsi inférieur à un dixième de la longueur d'onde maximale. Pour une fréquence minimale de 470 MHz, associée à une longueur d'onde maximale de 63 cm, la structure 10 antennaire aura donc un encombrement vertical inférieur à 6,3 cm, en pratique environ 6cm. Par comparaison, les antennes de l'art antérieur pour la même bande de fréquence ont un encombrement vertical d'environ un quart de la longueur d'onde maximale, soit en pratique entre 14 et 16 cm.
Pour permettre d'améliorer l'adaptation de la structure 10 antennaire et le rayonnement azimutal pour des fréquences dans la partie centrale de la bande de fréquence, les deux bandes 21, 22 métalliques sont reliées par un élément 24 de court-circuit. L'élément 24 de court-circuit est composé d'une bandelette métallique, comme représenté sur la
Afin d'améliorer la rigidité de la structure 10 antennaire, il est possible d'ajouter des entretoises diélectriques (non représentées) de faible permittivité relative (inférieure à 4) et de faible tangente de perte dans la structure 10 antennaire, notamment entre les bandes rayonnantes 237a, 237b et le plan 1 de masse, entre la bande rayonnante 232 et le plan 1 de masse, entre la première bande 21 métallique et le plan 1 de masse, entre les bandes rayonnantes 237a et 233a, entre les bandes rayonnantes 237b et 233b, entre les bandes rayonnantes 234a et 233a et/ou entre les bandes rayonnantes 234b et 237b.
Les
La longueur, selon l'axe X-X, et la largeur, selon l'axe Y-Y, du boîtier 6 métallique, sont inférieures à la longueur et à la largeur du plan 1 de masse. La hauteur, selon l'axe Z-Z, du boitier 6 métallique est inférieure à un sixième de l'encombrement vertical de la structure 10 antennaire. La hauteur du boitier est limitée pour ne pas modifier significativement les performances en rayonnement et en adaptation de la structure 10 antennaire. L'encombrement vertical de la structure 10 antennaire dans ce deuxième mode de réalisation est le même que dans le premier mode de réalisation, la hauteur du boitier 6 métallique étant compensée par une diminution de la longueur des bandes 21, 22 métalliques.
Le boitier 6 métallique permet en outre de contenir des éléments de traitement du signal, par exemple un filtre 7 et un amplificateur 8, comme représenté
Les
La première dissymétrie apparait au niveau de la première bande 21 métallique : au niveau de son extrémité la plus proche du plan 1 de masse, la première bande 21 métallique est reliée à une surface 211 de connexion sensiblement parallèle au plan horizontal et orientée vers la deuxième bande 22 métallique. Cette surface 211 de connexion est connectée à la borne positive de l'émetteur/récepteur 4, directement ou via des équipements de traitement du signal comme le filtre 7 et l'amplificateur 8. La surface 211 de connexion présente une forme sensiblement triangulaire ou trapézoïdale, dont un grand côté est reliée à la première bande 21 métallique et un sommet, si la forme est triangulaire, ou un petit côté, si la forme est trapézoïdale, est connecté à la borne positive de l'émetteur/récepteur 4, ici à travers l'orifice du boitier 6 métallique. Cette surface 211 de connexion permet d'améliorer l'adaptation de la structure 10 antennaire dans la bande de fréquence.
La deuxième dissymétrie est présente sur la boucle 14 rayonnante. Dans les premier et deuxième modes de réalisation de l'invention, du fait de la connexion de la borne positive de l'émetteur/récepteur 4 à la première bande 21 métallique et de la connexion de la deuxième bande 22 métallique à la masse, un premier pan de la structure métallique se situant, par rapport aux axes Y-Y et Z-Z, du côté de la première bande 21 métallique, a une densité surfacique de courant supérieure à un deuxième pan de la structure se situant du côté de la deuxième bande 22 métallique. Cette différence de densité surfacique de courant engendre une différence de gain dans le rayonnement azimutal de la structure 10 antennaire, le gain étant inférieur du côté du deuxième pan de la structure. Ainsi, dans ce troisième mode de réalisation, la densité surfacique est homogénéisée par la diminution de la largeur, et donc de la surface, des bandes rayonnantes et métalliques se situant dans le deuxième pan de la structure métallique, notamment ici les bandes rayonnantes 233b, 235b, 237b, 236b, 234b et la deuxième bande 22 métallique. La largeur des bandes rayonnantes est réduite progressivement au niveau de la bande rayonnante 233b, qui comprend une portion 26 trapézoïdale dont la base est de la même largeur que les bandes rayonnantes du premier pan et dont la largeur décroit jusqu'à atteindre une largeur réduite. La portion 26 trapézoïdale est ensuite suivie d'une portion 28 rectangulaire de largeur réduite et la deuxième bande 22 métallique et les bandes rayonnantes 235b, 237b, 236b et 234b sont de même largeur réduite. La largeur réduite permet une diminution de la surface des bandes rayonnantes pour le même courant les traversant, augmentant ainsi la densité surfacique de courant qui est homogène avec la densité surfacique de courant des éléments du premier pan de la structure 10 antennaire, améliorant ainsi l'omnidirectionnalité du rayonnement azimutal.
Les
La
De plus, le deuxième pan de la structure 10 antennaire est légèrement modifié. La bande rayonnante 233b est composée d'une unique portion trapézoïdale et ne comprend pas de portion rectangulaire comme c'était le cas sur le troisième mode de réalisation. Ensuite, la bande rectangulaire 237b est de forme trapézoïdale, sa largeur augmentant depuis la bande rayonnante 235b vers la bande 236b.
Du fait de la forme de ce deuxième pan, le radôme 3 n'est pas parallélépipédique mais présente une forme proche des contours de la structure 10 antennaire, permettant ainsi de réduire son encombrement. De même, la forme du boitier 6 métallique et du plan 1 de masse est ajusté à la forme du radôme 3.
Les modifications apportées par les modes de réalisation successivement décrits permettent chacune une amélioration des performances de la structure 10 antennaire, la performance étant croissante entre le premier, le deuxième, le troisième et le quatrième mode de réalisation. Notamment, la bande de fréquence possible d'utilisation de la structure 10 antennaire est la plus large pour le quatrième mode de réalisation et décroit pour les autres modes. Toutefois, le premier mode de réalisation est aussi le moins complexe à produire, et la complexité de fabrication augmente avec les modes de réalisation suivants, jusqu'au quatrième mode de réalisation qui est le plus complexe des modes de réalisation présentés, pour des performances supérieures.
Les bandes rayonnantes des modes de réalisation décrits précédemment sont composées de surfaces métalliques. Les
Le cinquième mode de réalisation, représenté
Dans le sixième mode de réalisation, représenté
L'utilisation de bandelettes rayonnantes est particulièrement utile pour l'utilisation d'une structure 10 antennaire adapté pour des fréquences faibles, c'est-à-dire pour des longueurs d'ondes élevées, les dimensions de la structure 10 antennaire rendant complexe l'utilisation de surfaces métalliques de grandes dimensions, pour des raisons de difficulté de fabrication, de coût, de résistance de la structure 10 antennaire aux contraintes physiques, aux intempéries, etc. Les bandelettes rayonnantes ont une largeur pouvant varier entre quelques millièmes à quelques centièmes de la longueur d'onde maximale. De même, dans le cas où la structure 10 antennaire est de grandes dimensions, le plan de masse utilisé dépend de la nature du sol sur lequel est disposée la structure 10 antennaire, dit plan de sol. Lorsque le plan de sol est composé d'un milieu de faible conductivité électrique (sable, terre, roche, etc.), un plan de masse est ajouté, par exemple grâce aux fils conducteurs en étoile comme représenté sur la
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Le rayonnement est représenté en dBi, ce qui correspond au gain en décibel de la structure 10 antennaire par rapport à une antenne isotrope. Sur la courbe, le rayonnement varie progressivement entre environ -2 dBi pour un angle de 0° à une valeur légèrement inférieure à 0 dBi pour un angle de 180°. La variation est identique sur l'intervalle]-180°, 0°], avec un rayonnement proche de 0dBi pour un angle proche de -180°. La différence de rayonnement de la structure 10 antennaire entre l'angle 0° et l'angle 180° est due à la variation de densité surfacique de courant sur le premier pan et le deuxième pan de la structure 10 antennaire, du fait de la présence de la borne positive de l'émetteur au niveau de la première bande 21 métallique.
Le rayonnement pour toutes les fréquences comprises entre 470 MHz et 700 MHz présentent des courbes de rayonnement, non représentées pour des raisons de clarté, similaires à la courbe de rayonnement pour une fréquence de 500 MHz, avec de légères variations, inférieures à 1 dB.
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L'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation décrits. En particulier, les modes de réalisations présentés décrivent une structure antennaire à polarisation verticale, mais une orientation différente de la structure antennaire peut permettre son utilisation pour l'émission et la réception dans une polarisation linéaire différente, par exemple oblique ou horizontale. De plus, bien que la structure antennaire ait été décrite pour une utilisation dans une bande de fréquence comprise entre 470 MHz et 700 MHz, une structure antennaire selon l'invention peut être utilisée dans d'autres bandes de fréquences, les dimensions de celle-ci étant alors adaptées en conséquence. L'utilisation de la structure antennaire aux dimensions adaptées à d'autres bandes de fréquence permet d'obtenir les mêmes avantages que les modes de réalisation décrits dans ces bandes de fréquences.
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