FR3016480A1 - Antenne planaire - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une antenne planaire comportant au moins une source rayonnant avec une longueur d'onde λ et au moins un plan conducteur associé à ladite source rayonnante. Selon ce procédé, on découpe le plan conducteur en une pluralité de surfaces conductrices planes de sorte qu'au moins la surface la plus proche de la source présente une forme et des dimensions telles que son aire soit comprise entre (λ2/16) et (3.λ2/8), et on relie lesdites surfaces conductrices planes par une lame conductrice ayant une surface inférieure à celles des surfaces conductrices de manière à réduire le couplage entre lesdites surfaces planes et les fuites de courants induits.

Description

ANTENNE PLANAIRE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se situe dans le domaine des antennes et concerne plus spécifiquement un procédé de fabrication d'une antenne planaire comportant au moins une source rayonnante et au moins un plan conducteur associé à ladite source rayonnante. L'invention concerne également une antenne planaire comportant au moins une source rayonnante et au moins un plan conducteur associé à ladite source rayonnante. L'invention concerne également émetteur/récepteur comportant une telle une antenne planaire. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La figure 1 illustre schématiquement une antenne planaire 1 comportant une source 2 couplé à un plan conducteur 4 comportant n couches superposées, la source 2 étant adaptée pour générer, lorsqu'elle est alimentée, un champ électrique et un champ magnétique rayonné autour du plan conducteur 4. L'antenne 1 peut être par exemple une antenne imprimée sur une carte électronique, et, dans ce cas, le plan de conducteur 4 est le plan d'alimentation de la carte électronique. Du fait de la proximité de l'antenne avec le plan conducteur 4, un flux de courant induit est généré à la surface des différentes couches du plan de conducteur 4 par le champ magnétique rayonné par la source 2. Ce flux de courant joue un rôle important sur les performances de l'antenne. En effet, il a été constaté que la surface du plan conducteur 4 a une influence à la fois sur l'impédance, la bande passante, l'efficacité et la forme du diagramme de rayonnement de l'antenne. Plus, particulièrement, il a été constaté que pour antenne de longueur d'onde de fonctionnement ?t, une aire du plan conducteur 4 supérieure à (X2/(16) provoque une déformation du diagramme de rayonnement et du gain de l'antenne dans une ou plusieurs directions de l'espace.

Un exemple d'un tel dysfonctionnement sera décrit dans le cas d'une antenne de type IFA (pour Inverted-F Antenna) représenté schématiquement la figure 2. L'antenne illustrée par la figure 2 a une fréquence de fonctionnement de 2.5 GHz, à proximité d'un plan conducteur 4 rectangulaire de longueur 125mm et de largeur 50mm. Le diagramme de rayonnement 3D de cette l'antenne est illustré par la figure 3. Comme on peut le constater sur cette figure, le rayonnement de l'antenne 2 est concentré essentiellement autour de l'extrémité inférieure du plan conducteur 4 avec de fortes distorsions autour de la partie centrale de ce plan conducteur. Le gain maximal est de 4,7 dB et est mesuré à l'extrémité inférieure du plan conducteur 4 tandis qu'au niveau de la partie centrale du plan conducteur 4, le gain mesuré est inférieur à -6dB. Ce qui entraine donc une perte de 10dB entre l'extrémité inférieure et la partie centrale. Les figures 4 et 5 sont des projections sur un plan de la figure 3. Sur la figure 4 illustrant une projection sur le plan yz, on constate deux lobes principaux respectivement à -135° avec une ouverture de 38° (à -3dB) et à -45°avec une ouverture de 38°. Le gain maximum du lobe est de 4,4 dB. Sur la partie centrale, le gain maximum est de -6dB, tandis que les lobes latéraux présentent un gain de -3, 9 dB. Sur la figure 5, illustrant une projection sur le plan xy, on constate deux lobes principaux respectivement à -50° avec une ouverture de 30°(à -3dB) et à -130°avec une ouverture de 40°. Le gain maximum du lobe est de 4,7 dB. Sur la partie centrale, le gain maximum est de -6dB, tandis que les lobes latéraux présentent un gain de -2 dB. La figure 6, illustrant la courbe d'adaptation de l'antenne de la figure 2 montre une faible bande passante à 143 MHz, soit de l'ordre de 5% à 2.5 GHz. La figure 7 illustre schématiquement la distribution des courants induits sur la surface du plan conducteur 4 de l'antenne IFA de la figure 2. Cette figure 7 montre de fortes pertes des courants sur toute la surface de ce plan conducteur 4. Le courant est distribué tout au long du plan conducteur 4 avec une densité de l'ordre de -20 dB (A/m) par rapport à la densité maximale. Une solution de l'art antérieur pour réduire l'influence du plan conducteur 4 sur les performances de l'antenne consiste à séparer la source rayonnante 2 et le plan conducteur 4 d'une distance permettant de limiter leur mutuelle interaction.

Cette solution ne tient pas compte des contraintes mécaniques et de l'encombrement rencontrés dans la fabrication des antennes planaires intégrées sur un circuit imprimé. Un but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'art antérieur décrits ci-dessus. EXPOSÉ DE L'INVENTION Ce but est atteint au moyen d'un procédé de fabrication d'une antenne planaire comportant au moins une source rayonnant un champ électromagnétique de longueur d'onde X et au moins un plan conducteur associé à ladite source.

Selon le procédé de l'invention, on découpe le plan conducteur en une pluralité de surfaces conductrices planes contigües de sorte qu' moins la surface la plus proche de la source présente une forme et des dimensions telles que son aire soit comprise entre (X2/16) et (3.X2/8), et on relie deux surfaces conductrices planes contiguës par une lame conductrice ayant une aire inférieure à celles des surfaces conductrices de manière à réduire les fuites de courants induits et le couplage entre lesdites surfaces planes. Préférentiellement, lesdites surfaces conductrices planes et lesdites lames conductrice planes présentent une forme polygonale. Selon un premier mode de réalisation, les surfaces conductrices planes et les lames conductrice planes présentent une forme rectangulaire. Selon un deuxième mode de réalisation, les surfaces conductrices planes et les lames conductrice planes présentent une forme carrée. Dans une variante, lesdites lames conductrices planes ont une aire inférieure ou égale à (X2/100).

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles: la figure 1, décrite précédemment, illustre schématiquement une architecture générale d'une antenne planaire de l'art antérieur ; la figure 2, décrite précédemment, illustre schématiquement une antenne du type IFA (pour Inverted-F Antenna) de l'art antérieur ; La figure 3 et 4-5, décrites précédemment, illustrent respectivement le diagramme de rayonnement 3D et les diagrammes de rayonnement polaires 2D de l'antenne de la figure 2, La figure 6 représente la courbe d'adaptation de l'antenne de la figure 2; la figure 7 illustre schématiquement la répartition des courants de surface sur le plan conducteur de l'antenne de la de la figure 2, la figure 8 illustre schématiquement un premier exemple d'antenne du type IFA réalisée par le procédé selon l'invention, la figure 9 est un diagramme de rayonnement 3D de l'antenne de la figure 8, les figures 10 et 11 représentent le diagramme de rayonnement polaire 2D de l'antenne de la figure 8. La figure 12 représente la courbe d'adaptation de l'antenne de la figure 8; la figure 13 illustre schématiquement la répartition des courants de surface sur le plan conducteur de l'antenne de la de la figure 8. la figure 14 illustre schématiquement un deuxième exemple d'antenne du type monopole réalisée par le procédé selon l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans la description qui suit, des références identiques désigneront les caractéristiques communes aux antennes de l'art antérieur et à celles de l'invention. Sur la figure 8 est représentée schématiquement une antenne planaire 10 comportant une source 2 rayonnant un champ électromagnétique de longueur d'onde ?t, et un plan conducteur 4, comportant n couches superposées (non représentées sur cette figure), associé à la source 2. Le plan conducteur 4 comporte trois surfaces conductrices planes contigües 10, 11 et 12 ayant chacune une forme rectangulaire. Les aires respectives des surfaces conductrices planes contigües 10, 11 et 12 sont comprises entre (X2/16) et (3.X2/8). Deux surfaces conductrices planes 6 contigus sont reliées par une lame conductrice 8, obtenue par découpage de chaque couche du plan conducteur 4, et ayant une aire inférieure à celles des surfaces conductrices 10, 11 et 12. L'antenne illustrée par la figure 8 a une fréquence de fonctionnement de 2.5 GHz et comporte un plan conducteur 4 rectangulaire de longueur 125mm et de largeur 50mm. Le diagramme de rayonnement 3D de cette antenne est illustré par la figure 9 sur laquelle on peut voir un rayonnement uniformément réparti autour de la partie centrale du plan conducteur 4 Le gain maximal est de 2 dB et est mesuré autour de la partie centrale du plan conducteur 4, tandis que le gain mesuré aux deux extrémités du plan conducteur 4, est de 0 dB.

Les figures 10 et 11 sont des projections sur un plan de la figure 9. Sur la figure 10, illustrant une projection sur le plan yz, on constate deux lobes principaux respectivement à +4° avec une ouverture de 103° (-3dB) et à 177° avec une ouverture de 103°. Le gain maximum du lobe est de 2,3 dB. Ce qui montre l'homogénéité du rayonnement sur le plan yz.

Sur la figure 11, illustrant une projection sur le plan xy, on constate deux lobes principaux respectivement à +170° avec une ouverture de 123° (à -3dB) et à 10° avec une ouverture de 123°. Le gain maximum du lobe est de 0,8 dB. Sur la figure 12, illustrant la courbe d'adaptation de l'antenne de la figure 8, on voit que la bande passante a été nettement améliorée par rapport à l'antenne de la figure 2 et est augmentée à 237 MHz, soit de l'ordre de 10% à 2.5 GHz. La figure 13 illustre schématiquement la répartition de la densité des courants induits sur la surface du plan conducteur 4 de l'antenne IFA de la figure 8. Sur cette figure, on constate une forte réduction des courants sur toute la surface du plan conducteur 4. Cette densité est maximale sur la surface plane 10 la plus proche de la source 2, réduite sur la surface plane 11 centrale, et quasiment nulle sur la surface plane 12 la plus éloignée de la source. Sur l'antenne illustrée par figure 14, la source 2 est agencée sur un plan de masse 20 indépendant des surfaces planes 10, 11, 12 et 13 découpées sur le plan conducteur. Le découpage du plan conducteur est dans ce cas réalisé de la même façon que pour l'antenne de la figure 13 dans laquelle la source 2 est agencée directement sur la première surface plane 10 du plan conducteur. Il est à noter que les antennes des figures 13 et 14 peuvent comporter plus de trois surfaces conductrices planes contigües présentant une forme polygonale quelconque optimisée pour, d'une part, permettre son installation sur le circuit imprimé, et d'autre part, pour maintenir leurs aires respectives comprises entre (X2/16) et (3.X2/8). La lame conductrice plane 8 peut également présenter une forme polygonale quelconque ayant une aire inférieure à (X2/100). Les antennes selon l'invention peuvent être intégrées dans un émetteur/récepteur, telle qu'une télécommande par exemple ou encore dans téléphone portable, une tablette, un routeur ou un microordinateur. Il apparait clairement que le découpage du plan conducteur 4 selon l'invention améliore nettement l'impédance, la bande passante, l'efficacité et la forme du diagramme de rayonnement de l'antenne.20

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une antenne planaire comportant au moins une source (2) rayonnant avec une longueur d'onde X et au moins un plan conducteur (4) associé à ladite source rayonnante (2), procédé caractérisé en ce que l'on découpe le plan conducteur en une pluralité de surfaces conductrices planes (10, 11, 12) de sorte qu'au moins la surface la plus proche de la source présente une forme et des dimensions telles que son aire soit comprise entre (X2/16) et (3.X2/8), et on relie deux surfaces conductrices planes (10, 11, 12) contiguës par une lame conductrice (8) ayant une aire inférieure à celles des surfaces conductrices (10, 11, 12) de manière à réduire les fuites de courants induits et le couplage entre lesdites surfaces planes (10, 11, 12).
2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel lesdites surfaces conductrices planes (10, 11, 12) et lesdites lames conductrice planes (8) présentent une forme polygonale.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel les surfaces conductrices planes (10, 11, 12) et les lames conductrice planes (8) présentent une forme rectangulaire.
4. 4. Procédé selon la revendication 1 dans lequel les surfaces conductrices planes (10, 11, 12) et les lames conductrice planes (8) présentent une forme carrée.
5. 5. Procédé selon la revendication 3 dans lequel lesdites lames conductrices planes (8) ont une aire inférieure ou égale à (X2/100).
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5 dans lequel on découpe les surfaces conductrices planes (10, 11, 12) et les lames conductrice planes (8) sur une pluralité de plans conducteurs (4) superposés.
7. 7. Antenne planaire comportant au moins une source rayonnante (2) et au moins un plan conducteur (4) associé à ladite source rayonnante (2), caractérisée en ce que ledit plan conducteur (4) comporte une pluralité de surfaces conductrices planes (10, 11, 12) contiguës dont au moins la surface la plus proche de la source présente une forme et des dimensions telles que son aire soit comprise entre (X2/16) et (3.X2/8)' et en ce que deux surfaces conductrices planes (10, 11, 12) contiguës sont reliées par une lame conductrice (8) ayant une aire inférieure à celles des surfaces conductrices (10, 11, 12).
8. 8. Antenne selon la revendication 7 caractérisée en ce que chaque surface conductrice plane (10, 11, 12) et chaque la lame conductrice plane (10, 11, 12) présentent une forme polygonale.
9. 9. Antenne selon la revendication 7 dans laquelle chaque surface conductrice plane (10, 11, 12) et chaque la lame conductrice plane (10, 11, 12) présentent une forme carrée.
10. 10. Antenne selon la revendication 7 dans lequel chaque surface conductrice plane (10, 11, 12) et chaque la lame conductrice plane (10, 11, 12) présentent une forme rectangulaire.
11. 11. Antenne selon la revendication 7 dans comportant au moins deux plans conducteurs superposés.
12. 12. Emetteur/récepteur caractérisé en ce qu'il comporte une antenne selon l'une des revendications 7 à 11.25