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WO2014147097A1 - Antenne radioelectrique et dispositif radioelectrique - Google Patents

Antenne radioelectrique et dispositif radioelectrique Download PDF

Info

Publication number
WO2014147097A1
WO2014147097A1 PCT/EP2014/055456 EP2014055456W WO2014147097A1 WO 2014147097 A1 WO2014147097 A1 WO 2014147097A1 EP 2014055456 W EP2014055456 W EP 2014055456W WO 2014147097 A1 WO2014147097 A1 WO 2014147097A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna
equal
strands
radio
track
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/055456
Other languages
English (en)
Inventor
Yasmina Layouni
Dhaou BOUCHOUICHA
Original Assignee
Université Lyon 1 Claude Bernard
Institut National Des Sciences Appliquées De Lyon
Ecole Centrale De Lyon
Centre National De La Recherche Scientifique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Université Lyon 1 Claude Bernard, Institut National Des Sciences Appliquées De Lyon, Ecole Centrale De Lyon, Centre National De La Recherche Scientifique filed Critical Université Lyon 1 Claude Bernard
Publication of WO2014147097A1 publication Critical patent/WO2014147097A1/fr

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H01Q1/2225—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in active tags, i.e. provided with its own power source or in passive tags, i.e. deriving power from RF signal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/13—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Definitions

  • the invention relates to a radio antenna.
  • the invention also relates to a radio device comprising this radio antenna.
  • Flat radio antennae having an electrical conductor extending on a generally flat surface forming meanders.
  • This meandering arrangement makes it possible to increase the length of the antenna (on which the antenna resonance frequency depends in particular) while minimizing the area occupied by the antenna.
  • These antennas are typically used in RFID applications ("Radio-Frequency Identification Device” in English), in particular to electrically power miniaturized passive electronic circuits.
  • these antennas have the disadvantage of having electromagnetic properties that are unsatisfactory for certain energy harvesting applications ("energy harvesting" in English) or contactless communication ("Radio Frequency Identification Device”). English language).
  • this antenna has a negative antenna gain for a frequency of 2.4 GHz. It is therefore necessary to associate this antenna with a signal amplifier received or transmitted.
  • the decrease in the size of the antenna is partly offset by the need to associate an amplifier all the more bulky that the amplification to achieve is important.
  • the use of such an amplifier tends to increase the power consumption of the antenna, which is unacceptable.
  • the invention therefore relates to a radio antenna according to claim 1.
  • the antenna has a positive antenna gain for high frequencies, that is to say say greater than or equal to 300MHz or 500MHz.
  • Embodiments of the invention may have one or more of the features of dependent claims 2 to 10.
  • the choice of values of W and S between 0.2 mm and 0.5 mm makes it possible to improve the characteristics of the antenna and, in particular, to obtain a large bandwidth; -
  • the antenna gain of the radio device thus formed is twice as great as the antenna gain of the antenna alone.
  • the invention also relates to a radio device according to claim 11.
  • FIG 1 is a schematic illustration of a radio device comprising a radio antenna associated with a parabolic reflector
  • FIG. 2 is a schematic illustration, in a view from above, of the radio antenna of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic illustration of the detail of a periodic pattern of the antenna of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a sectional view of a portion of the pattern of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a graphical representation, as a function of frequency, of the respective electromagnetic reflection coefficients Su of an antenna according to the state of the art and of the antenna of FIG. 2;
  • FIGS. 6 to 10 show schematically other embodiments of the radio antenna of FIG. 2;
  • FIG. 11 is a graphical representation, as a function of frequency, of the respective reflection coefficients Su of the antennas of FIGS. 2 and 6 to 8;
  • FIGS. 12 and 13 are schematic illustrations of other embodiments of the periodic pattern of any of the antennas of FIGS. 2 or 6 to 10.
  • FIG. 1 represents a radioelectric device 2.
  • This device 2 comprises:
  • planar radio microstrip antenna (“planar microstrip antenna” in English)
  • the antenna 4 comprises:
  • the substrate 8 has a static relative dielectric permittivity greater than or equal to 2 or 3 or 3.5 and, preferably, greater than or equal to 4. This permittivity is here equal to 4.4.
  • This substrate 8 comprises, for example, the composite material based on epoxy resin known under the name "FR4".
  • This substrate 8 here has a flat shape. In what follows, the face 12 is plane and defines a plane, called “plane of the substrate", which extends in a horizontal direction. This substrate has a thickness h, measured in a direction perpendicular to the substrate 8, here equal to 0.8 mm.
  • the track 10 is here a differential transmission line ("coplanar strip" in English) made of an electrically conductive material, such as copper.
  • This track 10 here has a constant width W, defined as being the smallest track width, and measured parallel to the plane of the substrate. This width W is here greater than or equal to 0.15mm or 0.2mm.
  • the reflector 6 is configured to reflect incident electromagnetic radiation and to focus this radiation in a focus point, or focus.
  • this reflector 6 is a paraboloid of revolution, of diameter D and depth d.
  • This reflector 6 thus has a circular edge which defines an opening.
  • the diameter D is the diameter of this circular edge.
  • Depth d is measured along the axis of rotation of this paraboloid of revolution, between the origin of this paraboloid and the geometric center of the surface delimited by the circular edge.
  • This diameter D is here greater than or equal to 3cm and less than or equal to 20cm.
  • this diameter D is equal to 6cm.
  • the depth d here is less than or equal to 0.8 * D or 0.6 * D and is greater than or equal to 0.1 * D.
  • This depth d is here equal to 0.5 * D, ie 3cm.
  • the reflector 6 is attached to a rear face of the substrate 8 (here opposite to the face 12) and is positioned so that the focusing point of the reflector 6 is included in the plane of the substrate. To do this, here, the substrate 8 completely covers the opening of the reflector 6 and is in contact with the entire edge of the reflector 6.
  • the distance separating the center O from the focusing point is advantageously less than or equal to 17.5 mm or 10mm and preferably less than or equal to 3mm or 2mm. Here, this point of focus coincides with the center O.
  • This reflector 6 is here formed of a rigid polymer coated with a layer of a metallic material.
  • the combination of the reflector 6 to the antenna 4 improves the electromagnetic properties of the antenna 4.
  • the configuration of the reflector 6 and its arrangement relative to the antenna 4 can increase the total gain of the antenna. device 2.
  • FIG. 2 shows in more detail the antenna 4 and the track 10.
  • the track 10 extends longitudinally on the face 12, between two terminal ends 20 and 22.
  • the track 10 here does not cross with it -even. These ends 20 and 22 are able to be electrically connected to an electrical contact.
  • the track 10 extends in a plane parallel to the plane of the substrate, only inside a band 24 of width L.
  • This band 24 is bounded on one side by an outer limit 26 and, the other side, by an inner limit 28.
  • Each of these boundaries 26 and 28 forms a closed loop.
  • the width L is here measured in the plane of the substrate, as being the smallest distance separating the boundaries 26 and 28.
  • the limit 28 has the shape of an ellipse or a polygon inscribed in a circle and whose geometric center is the center O. It is considered here that a circle can be a degenerate case of an ellipse. However, we do not consider here that a segment or point is a degenerate case of an ellipse.
  • a shape factor for this ellipse or inscribed polygon is defined as the ratio of the length to the width of the smaller area rectangle containing the entire limit 28. This form factor is greater than or equal to 1. This form factor is furthermore less than 1, 43 or 1, 4 and, preferably, less than 1, 2.
  • the geometric center O is both the geometric center of the limit 28 and the geometric center of the antenna circuit formed by the winding of the track 10.
  • the limit 28 has at least three symmetries of rotation with respect to a vertical axis passing through the center O.
  • the limit 26 is deduced from the limit 28, by means of a mathematical operation homothety center O and report k, where k is a number strictly greater than 1.
  • the value of k is chosen so that the band 24 has the width L. This width L is here less than or equal to 5mm.
  • the limits 26 and 28 are squares of center O. These limits thus comprise four symmetries of rotation.
  • the track 10 describes a plurality of patterns, meander-shaped.
  • the same pattern 30 is repeated N times, where N is an integer greater than or equal to three.
  • N is greater than or equal to 10 or 15, or 20.
  • this number N is equal to 36.
  • the antenna 4 illustrated does not include 36 copies of the pattern 30.
  • the copies of the pattern are evenly distributed inside the band 24 and are in direct contact with the limits 26 and 28. These patterns fill most of the band 24, the except for zones 29 located at the corners of the strip, where no pattern is in contact with the limit 26.
  • the strip 24 comprises four such areas, located in the right angles of the limit 26. To facilitate the reading of the Figure 2 and the following figures, the copies of the pattern are not always drawn in direct contact with the limits 26 and 28.
  • FIG. 3 represents in more detail such a pattern 30.
  • This pattern here has a "U" shape and comprises first 40, second 42 and third 44 runway strands 10.
  • the strands 40 and 42 form lateral bars of the "U".
  • these strands 40 and 42 extend, face to face with respect to each other, along respective trajectories having at most one point of inflection, between inner and outer ends.
  • the respective inner ends of the strands 40 and 42 are located on the boundary 28.
  • the respective outer ends of the strands 40 and 42 are located on the boundary 26.
  • the strands 40 and 42 are separated from each other and are spaced apart from each other. A spacing distance S.
  • This distance S is defined as the smallest distance separating the edges of these strands 40 and 42 and being measured parallel to the plane of the substrate.
  • this distance S is measured between points of intersection of the limit 26 with two straight lines 45 and 47. These lines 45 and 47 are tangent, respectively, to the strands 40 and 42 at respective points of these strands located:
  • This line 46 is equidistant at the boundaries 26 and 28.
  • the distance S is measured along the trajectory of the line 46 between edges of these strands.
  • the inner side of the strands 40 and 42 corresponds to the side of this strand which extends inside the pattern 30.
  • the strands 40 and 42 are parallel to each other and extend perpendicularly to the boundaries 26 and 28.
  • the pattern 30 thus delimits here a rectilinear crenel.
  • the distance S is measured in a direction parallel to the line 46. This distance S is greater than or equal to 0.001 mm or 0.002 mm or 0.005 mm or 0.1 mm or 0.2 mm or 0.5 mm.
  • the strand 44 connects directly to each other the inner ends of the strands 40 and 42 and extends along the boundary 28, thus forming the bottom of the "U".
  • the pattern 30 is here connected to other copies of the pattern, located immediately upstream or downstream, through fourth strands 48 of the track 10. These strands 48 directly connect the outer end of a strand 42 of an upstream copy of the pattern at the outer end of the strand 40 of the copy of the pattern 30 immediately downstream. The strand 48 extends along the boundary 26. Each of the copies of this pattern 30, except for the copies which are directly connected to the ends 20 and 22, is thus connected to the immediately adjacent copies of the pattern 30.
  • Figure 4 shows a sectional view of the pattern 30, in a vertical plane containing the line 46.
  • the track 10 has a height h 'greater than or equal to 2 ⁇ .
  • this height h ' is greater than or equal to 4 ⁇ or 8 ⁇ or 10 ⁇ .
  • This height h ' is advantageously less than or equal to 40 ⁇ or 35 ⁇ .
  • this height h ' is between 17 ⁇ and 34 ⁇ .
  • This height h ' is measured in a vertical direction.
  • the height h ' is typically constant over the entire length of the track 10.
  • the antenna 4 has the following characteristics:
  • the outer limit 26 has a side length equal to 22.7 mm; the distance S is equal to 0.3 mm;
  • the width W is equal to 0.3 mm
  • the number N is equal to 48;
  • the width L is equal to 3 mm.
  • FIG. 5 shows the evolution, as a function of the frequency of a radio signal, of the respective reflection coefficients Su of this antenna 4 (curve 60) and of the known radio antenna described in the US patent application. -6147655-A (BRUCE B. ROESNER) previously mentioned (curve 62), obtained by means of numerical simulations, carried out using the Ansoft software, distributed by the company "Ansys". More precisely, these simulations were carried out with the "HFSS” version 14 and "Optimetrics" modules of this software.
  • the reflection coefficient Su is defined for a radio antenna as follows:
  • 2 PJP r ,
  • P. is the incident power of an electromagnetic signal received by the antenna and P r power reflected by the antenna in response to this received electromagnetic signal.
  • the antenna 4 has a resonance frequency equal to 2.44GHz, with a bandwidth at -10dB equal to 1 10MHz and an antenna gain equal to 1, 57dBi.
  • the known antenna does not have resonance in this frequency band and, in particular, not in the band from 2.3GHz to 2.8GHz. In fact, this known antenna has no adaptation, and therefore can not have a positive antenna gain.
  • the inventors have also carried out additional tests illustrating the influence of the parameters L, W, S and N on the properties of the antenna 4. Unless otherwise stated, in the following description, the electromagnetic properties of each of the antennas were obtained by digital simulation with the same software.
  • the antenna gain has a positive value for values of N greater than or equal to 20.
  • the resonant frequency as well as the bandwidth at -10 dB decrease as the value of N increases.
  • the value of N is preferably chosen to be greater than or equal to 35 and less than or equal to 70, for the values of S, W and L given.
  • the bandwidth at -10 dB decreases when the value of W increases beyond a certain value, here 0.6 mm.
  • the value of W will preferably be greater than or equal to 0.2 mm and less than or equal to 0.5 mm if it is desired to obtain, in addition to a positive antenna gain, a wide bandwidth at -10 dB. .
  • the antenna 4 has improved electromagnetic properties and, in particular, a positive antenna gain.
  • the antenna 4 is thus able to operate, for example, in an electromagnetic energy recovery device.
  • the antenna 4 is advantageously able to be used for applications in the frequency band ISM ("Industrial, Scientific, Medical" in English) as defined by the standard NF EN 5501 1.
  • FIG. 6 shows an antenna 70 adapted to be used instead of the antenna 4.
  • the substrate 8 is not illustrated.
  • This antenna 70 is identical to the antenna 4, except that the square band 24 is replaced by a band 72 of triangular shape.
  • the boundaries 26 and 28 are replaced, respectively, by limits 74 and 76 which have an equilateral triangle shape of center O. These limits thus have three symmetries of rotation.
  • the dimensions of the substrate of this antenna are adapted to take account of the change in shape of the strip, so that this substrate forms a square of 27mm side in which the strip 72 is inscribed.
  • the values of L, W, S and N are unchanged compared to those of the antenna 4.
  • This antenna thus has a resonance frequency equal to 2.39GHz, a bandwidth at -10dB equal to 100MHz and a gain of antenna equal to 1, 318dBi.
  • the number of copies of the illustrated pattern is different from N.
  • FIG. 7 shows an antenna 90 adapted to be used instead of the antenna 4.
  • This antenna 90 is identical to the antenna 4, except that the square band 24 is replaced by a band 92 of circular shape .
  • the limits 26 and 28 are replaced, respectively, by limits 94 and 96 which each describe a circle of center O. These limits here have an infinity of rotation symmetries.
  • the strands 40 and 42 of each of the patterns of the track 10 are no longer parallel to each other, but are aligned along the radii of the boundaries 26 or 28.
  • the dimensions of the substrate of this antenna are adapted to take account of of the shape change of the band, so that the face 12 forms a square of 22mm side in which the band 92 is inscribed.
  • the values of L, W, S and N are unchanged from those of the antenna 4.
  • This antenna thus has a resonance frequency equal to 2.97GHz, a bandwidth at -10dB equal to 120MHz and a gain of antenna equal to 1, 577dBi.
  • FIG. 8 represents an antenna 110 suitable for use in place of the antenna 4.
  • This antenna 1 10 is identical to the antenna 4, except that the square band 24 is replaced by a band 1 12 of hexagonal shape.
  • the limits 26 and 28 are replaced, respectively, by limits 114 and 1 16 which each form a regular hexagon of center O. These limits here have six symmetries of rotation.
  • the dimensions of the substrate of this antenna are adapted to take account of the change in shape of the strip, so that the latter forms a square of 27mm side in which the band 1 12 is inscribed.
  • the values of L, W, S and N are unchanged with respect to those of the antenna 4.
  • This antenna thus has a resonance frequency equal to 2.39GHz, a bandwidth at -10dB equal to 1 10MHz and a gain of antenna equal to 1. 599dBi.
  • FIG. 9 represents an antenna 120 suitable for use in place of the antenna 4.
  • This antenna 120 is identical to the antenna 4, except that the square band 24 is replaced by a band 122 of rectangular shape. .
  • the boundaries 26 and 28 are replaced, respectively, by limits 124 and 126 which have a rectangular shape, of center O, and whose form factor is less than 1, 4. These limits present here two symmetries of rotation.
  • the values of L, W, S are unchanged from those of the antenna 4.
  • the value of N is chosen equal to 48.
  • This antenna thus has a resonance frequency equal to 2.4 GHz and an equal antenna gain at 1, 25dBi.
  • FIG. 10 shows an antenna 130 adapted to be used instead of the antenna 4.
  • the substrate 8 is not illustrated.
  • This antenna 130 is identical to the antenna 120, except that at each corner, in the zones 29, the strand 48 forms additional patterns. These additional patterns here have the same shape as the pattern 30 except that their lower ends are not on the boundary 126. These additional units are for example formed by strands 48. These additional units are here N 'in number all over the world.
  • Antenna 130 To simplify this figure, the position of the ends 20 and 22 is modified.
  • This antenna 130 has in particular a resonance frequency equal to 2, 45 GHz and a positive antenna gain at this frequency.
  • FIG. 11 represents the evolution, as a function of the frequency of a radio signal, of the respective Su coefficients of the antennas 4 (curve 150), 70 (curve 152), 90 (curve 154) and 110 (curve
  • Figure 12 shows a pattern 170 adapted to replace the pattern 30.
  • This pattern here has a shape "V”.
  • the strands 40 and 42 are replaced, respectively, by strands 172 and 174 of track 10, forming lateral bars of the "V".
  • These strands 172 and 174 are identical, respectively, to the strands 40 and 42, except that they are not parallel to each other and do not extend perpendicular to the boundaries 26 and 28.
  • these strands 172 and 174 are straight segments and are connected directly to each other. More specifically, the inner ends of the strands 170 and 172 merge with each other and are located on the boundary 28. The outer ends of the strands 170 and 172 are located on the boundary 26.
  • the pattern 170 does not include the strands 46 and 50.
  • the pattern 170 thus has a triangular shape.
  • an antenna identical to the antenna 4 except that the pattern 170 is used in place of the pattern 30 has a resonance frequency of 2.45GHz and an antenna gain of 2.33dBi.
  • This pattern 190 is identical to the pattern 170, except that the strands 172 and 174 are replaced, respectively, by strands 192 and 194 of track 10.
  • These strands 192 and 194 are, respectively, identical to the strands 172 and 174, except that they do not extend straight, but have a single inflection point, so that the pattern 190 has a substantially sinusoidal shape.
  • an antenna identical to the antenna 4 except that the pattern 190 is used in place of the pattern 30 has a resonance frequency of 1.8GHz.
  • the reflector 6 may be omitted.
  • the reflector 6 can be made differently.
  • the reflector is made of metallic material.
  • the values of D and / or d may be chosen differently, depending in particular on the dimensions of the antenna 2.
  • the substrate 8 may have a thickness h and / or static relative permittivity different from those described.
  • the substrate 8 may be formed of a flexible material; in this case, the face 12 is not flat. The plane of the substrate then has a non-zero curvature, so as to match the curvature of the face 12.
  • the substrate 8 may comprise a different material, such as the material marketed under the name "Kapton" by the company DuPont, or a polymer to liquid crystals, or paper.
  • the height h 'of the track 10 is different.
  • the substrate 8 is made by means of a Kapton film, the height h is equal to 125 ⁇ , and h 'is then advantageously between 4 ⁇ and 10 ⁇ .
  • the strand 44 may be located on the outer limit 26 instead of on the inner limit 28 and connect the outer ends of the strands 40 and 42.
  • the strand 50 is placed on the inner limit 28 and connects the inner ends of the strands 40 and 42.
  • the distance S is defined with reference to the limit 28 rather than the limit 26.
  • the pattern 170 may be used in place of the pattern 30 in any of the antennas 4, 70, 90, 1 10, 120 and 130. The same applies to the pattern 190.
  • the periodic pattern may be different from the patterns 30, 170 and 190 and may have many shape adaptations, provided that it still has the following properties:
  • the pattern comprises the first and second track strands, separated from one another by a spacing distance S and extending along respective trajectories having at most one point of inflection;
  • the first and second strands extend between the outer and inner ends respectively placed on the outer and inner limits of the strip;
  • each copy of the pattern is connected to the outer ends of other copies of this pattern located immediately upstream and downstream in the same band, with the exception of the copies which are directly connected to the terminal ends of the track.
  • the antennas may have a resonance frequency included outside the ISM frequency band.
  • this resonance frequency is included in the GSM-900 or GSM-1800 frequency bands.
  • the total length of the track 10 must therefore be adapted to correspond to the desired resonance frequency.
  • the values of N may be different from those described.
  • the antenna 4 may have a band shape different from the band 24 or any of the strips 72, 92, 1 12, 122.
  • the band has an ellipse shape, the foci of which are located equidistant and on both sides of the center O.
  • At least two copies of the device 2 are networked to form an antenna array adapted to receive the same radio signal.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

L'invention concerne une antenne radioélectrique, comportant -un substrat diélectrique (8); -une piste (10) électriquement conductrice, de largeur W, s'étendant longitudinalement, entre deux extrémités terminales (20, 22), uniquement à l'intérieur d'une bande (24) de largeur L délimitée, d'un côté, par une limite extérieure (26) et, de l'autre côté, par une limite intérieure (28), ces limites formant chacune une boucle fermée; et dans laquelle : -la piste dessine un motif périodique (30), répété N fois, présentant une forme en « U » ou en « V » et comportant des brins de piste, séparés l'un de l'autre par une distance d'espacement S et formant des barres latérales du « U » ou du « V », -L est inférieure à 5mm; -N est supérieur à 3; -W est supérieure ou égale à 0,15 mm; -S est supérieure ou égale à 0,01 mm.

Description

ANTENNE RADIOÉLECTRIQUE ET DISPOSITIF RADIOÉLECTRIQUE
[ooi ] L'invention concerne une antenne radioélectrique. L'invention concerne également un dispositif radioélectrique comportant cette antenne radioélectrique.
[002] On connaît des antennes radioélectriques planes, comportant un conducteur électrique s'étendant sur une surface généralement plane en formant des méandres. Cette disposition en méandres permet d'augmenter la longueur de l'antenne (dont dépend notamment la fréquence de résonance de l'antenne) tout en minimisant la superficie occupée par l'antenne. Ces antennes sont typiquement utilisées dans des applications RFID (« Radio-Frequency identification Device » en langue anglaise) notamment pour alimenter électriquement des circuits électroniques passifs miniaturisés.
[003] Cependant, ces antennes ont pour inconvénient de présenter des propriétés électromagnétiques qui ne sont pas satisfaisantes pour certaines applications de récupération d'énergie (« energy harvesting en langue anglaise) ou de communication sans contact (« Radio-Frequency Identification Device » en langue anglaise). Par exemple, cette antenne présente un gain d'antenne négatif pour une fréquence de 2,4 GHz. Il est donc nécessaire d'associer cette antenne à un amplificateur de signal reçu ou émis. Ainsi, la diminution de l'encombrement de l'antenne est en partie compensée par la nécessité d'y associer un amplificateur d'autant plus encombrant que l'amplification à réaliser est importante. En outre, l'utilisation d'un tel amplificateur tend à augmenter la consommation électrique de l'antenne, ce qui est rédhibitoire.
[004] Les inventeurs connaissent personnellement la demande de brevet US- 6147655-A (BRUCE B. ROESNER) qui décrit un exemple d'une telle antenne.
Cependant, ce document n'est pas pertinent car il ne permet pas d'obtenir une antenne présentant un gain d'antenne positif à la fréquence souhaitée. Au contraire, les inventeurs ont réalisé des simulations numériques d'une telle antenne, qui concluent qu'elle présente un gain d'antenne négatif.
[005] Il existe donc un besoin pour une antenne radioélectrique présentant un rapport de longueur sur superficie qui soit élevé, sans pour autant nécessiter une amplification importante du signal émis ou reçu.
[006] L'invention concerne donc une antenne radioélectrique conforme à la revendication 1 .
[007] De façon surprenante, il a été découvert qu'avec ce choix de valeurs de L, N, S et W ci-dessus, l'antenne présente un gain d'antenne positif pour des fréquences élevées, c'est-à-dire supérieures ou égales à 300MHz ou à 500MHz.
[008] Les modes de réalisation de l'invention peuvent présenter une ou plusieurs des caractéristiques des revendication dépendantes 2 à 10.
[009] Ces modes de réalisation présentent en outre les caractéristiques suivantes : -le fait que la limite intérieure présente au moins trois symétries de rotation permet d'augmenter le gain de l'antenne ;
-le choix des valeurs de W et S entre 0,2mm et 0,5mm permet d'améliorer les caractéristiques de l'antenne et, notamment, d'obtenir une large bande passante ; - en accolant l'antenne au réflecteur de forme parabolique, le gain d'antenne du dispositif radioélectrique ainsi formé est deux fois plus élevé que le gain d'antenne de l'antenne seule.
[ooi o] Selon un autre aspect, l'invention concerne également un dispositif radioélectrique conforme à la revendication 11.
[0011] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
-la figure 1 est une illustration schématique d'un dispositif radioélectrique comportant une antenne radioélectrique associée à un réflecteur parabolique ;
-la figure 2 est une illustration schématique, selon une vue du dessus, de l'antenne radioélectrique de la figure 1 ;
-la figure 3 est une illustration schématique du détail d'un motif périodique de l'antenne de la figure 2 ;
-la figure 4 est une vue en coupe d'une portion du motif de la figure 3 ;
-la figure 5 est une représentation graphique, en fonction de la fréquence, des coefficients de réflexion électromagnétique Su respectifs d'une antenne selon l'état de la technique et de l'antenne de la figure 2 ;
-les figures 6 à 10 représentent schématiquement d'autres modes de réalisation de l'antenne radioélectrique de la figure 2 ;
-la figure 11 est une représentation graphique, en fonction de la fréquence, des coefficients de réflexion Su respectifs des antennes des figures 2 et 6 à 8 ;
-les figures 12 et 13 sont des illustrations schématiques d'autres modes de réalisation du motif périodique de l'une quelconque des antennes des figures 2 ou 6 à 10.
[0012] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
[0013] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détails.
[0014] La figure 1 représente un dispositif radioélectrique 2. Ce dispositif 2 comporte :
-une antenne 4 radioélectrique planaire microruban (« planar microstrip antenna » en langue anglaise), et
-un réflecteur parabolique 6.
[0015] L'antenne 4 comporte :
-un substrat 8 diélectrique, et -une piste électriquement conductrice 10, déposée sur une face 12 du substrat 8 et formant un circuit d'antenne de centre géométrique O.
[0016] Le substrat 8 présente une permittivité diélectrique relative statique supérieure ou égale à 2 ou à 3 ou à 3,5 et, de préférence, supérieure ou égale à 4. Cette permittivité est ici égale à 4,4. Ce substrat 8 comporte par exemple le matériau composite à base de résine d'époxy connu sous la dénomination « FR4 ». Ce substrat 8 présente ici une forme plane. Dans ce qui suit, la face 12 est plane et définit un plan, dit « plan du substrat », qui s'étend selon une direction horizontale. Ce substrat présente une épaisseur h, mesurée selon une direction perpendiculaire au substrat 8, ici égale à 0,8mm.
[0017] La piste 10 est ici une ligne de transmission différentielle (« coplanar strip » en langue anglaise) réalisée dans un matériau électriquement conducteur, tel que du cuivre. Cette piste 10 présente ici une largeur constante W, définie comme étant la plus petite largeur de piste, et mesurée parallèlement au plan du substrat. Cette largeur W est ici supérieure ou égale à 0,15mm ou à 0,2mm.
[0018] Le réflecteur 6 est configuré pour réfléchir un rayonnement électromagnétique incident et pour focaliser ce rayonnement en un point de focalisation, ou foyer. Ici, ce réflecteur 6 est une paraboloïde de révolution, de diamètre D et de profondeur d. Ce réflecteur 6 présente ainsi un bord circulaire qui délimite une ouverture. Le diamètre D est le diamètre de ce bord circulaire. La profondeur d est mesurée le long de l'axe de rotation de cette paraboloïde de révolution, entre l'origine de cette paraboloïde et le centre géométrique de la surface délimitée par le bord circulaire. Ce diamètre D est ici supérieur ou égal à 3cm et inférieur ou égal à 20cm. De préférence, ce diamètre D est égal à 6cm. La profondeur d est ici inférieure ou égale à 0,8*D ou à 0,6*D et est supérieure ou égale à 0,1 *D. Cette profondeur d est ici égale à 0,5*D, soit 3cm. Le réflecteur 6 est accolé à une face arrière du substrat 8 (ici opposée à la face 12) et est positionné de façon à ce que le point de focalisation du réflecteur 6 soit compris dans le plan du substrat. Pour ce faire, ici, le substrat 8 recouvre entièrement l'ouverture du réflecteur 6 et est en contact avec tout le bord du réflecteur 6. La distance séparant le centre O du point de focalisation est avantageusement inférieure ou égale à 17,5mm ou à 10mm et, de préférence, inférieure ou égale à 3mm ou à 2mm. Ici, ce point de focalisation est confondu avec le centre O. Ce réflecteur 6 est ici formé d'un polymère rigide revêtu d'une couche d'un matériau métallique.
[0019] L'association du réflecteur 6 à l'antenne 4 permet d'améliorer les propriétés électromagnétiques de l'antenne 4. La configuration du réflecteur 6 et sa disposition par rapport à l'antenne 4 permettent d'augmenter le gain total du dispositif 2.
[0020] La figure 2 représente plus en détail l'antenne 4 et la piste 10. La piste 10 s'étend longitudinalement sur la face 12, entre deux extrémités terminales 20 et 22. La piste 10 ne présente ici pas de croisement avec elle-même. Ces extrémités 20 et 22 sont aptes à être connectées électriquement à une prise de contact électrique. Plus précisément, la piste 10 s'étend dans un plan parallèle au plan du substrat, uniquement à l'intérieur d'une bande 24 de largeur L. Cette bande 24 est délimitée d'un côté, par une limite extérieure 26 et, de l'autre côté, par une limite intérieure 28. Chacune de ces limites 26 et 28 forme une boucle fermée. La largeur L est ici mesurée dans le plan du substrat, comme étant la plus petite distance séparant les limites 26 et 28.
[0021] La limite 28 présente la forme d'une ellipse ou d'un polygone inscrit dans un cercle et ayant pour centre géométrique le centre O. On considère ici qu'un cercle peut être un cas dégénéré d'une ellipse. Cependant, on ne considère pas ici qu'un segment ou un point est un cas dégénéré d'une ellipse. On définit un facteur de forme pour cette ellipse ou ce polygone inscrit, comme étant le rapport entre la longueur et la largeur du rectangle de plus petite superficie contenant entièrement la limite 28. Ce facteur de forme est supérieur ou égal à 1 . Ce facteur de forme est en outre inférieur à 1 ,43 ou à 1 ,4 et, de préférence, inférieur à 1 ,2. Dans cette description, le centre géométrique O est à la fois le centre géométrique de la limite 28 et le centre géométrique du circuit d'antenne formé par l'enroulement de la piste 10.
[0022] Avantageusement, la limite 28 présente au moins trois symétries de rotation par rapport à un axe vertical passant par le centre O.
[0023] La limite 26 se déduit de la limite 28, au moyen d'une opération mathématique d'homothétie de centre O et de rapport k, où k est un nombre strictement supérieur à 1 . La valeur de k est choisie pour que la bande 24 présente la largeur L. Cette largeur L est ici inférieure ou égale à 5mm.
[0024] Dans cet exemple, les limites 26 et 28 sont des carrés de centre O. Ces limites comportent ainsi quatre symétries de rotation.
[0025] À l'intérieur de la bande 24, la piste 10 décrit une pluralité de motifs, en forme de méandre. Par exemple, un même motif 30 est répété N fois, où N est un nombre entier supérieur ou égal à trois. Par exemple, N est supérieur ou égal à 10 ou à 15, ou à 20. Ici, ce nombre N est égal à 36. Pour simplifier la figure 2, cependant, l'antenne 4 illustrée ne comporte pas 36 exemplaires du motif 30.
[0026] Dans cet exemple, les exemplaires du motif sont répartis de façon régulière à l'intérieur de la bande 24 et sont en contact direct avec les limites 26 et 28. Ces motifs emplissent l'essentiel de la bande 24, à l'exception de zones 29 situées aux angles de la bande, où aucun motif n'est en contact avec la limite 26. Ici, le bande 24 comporte quatre telles zones, situées dans les angles droits de la limite 26. Pour faciliter la lecture de la figure 2 et des figures suivantes, les exemplaires du motif ne sont pas toujours dessinés en contact direct avec les limites 26 et 28.
[0027] La figure 3 représente plus en détail un tel motif 30. Ce motif présente ici une forme « en U » et comporte des premier 40, second 42 et troisième 44 brins de piste 10. [0028] Les brins 40 et 42 forment des barres latérales du « U ». A cet effet, ces brins 40 et 42 s'étendent, face à face l'un par rapport à l'autre, le long de trajectoires respectives présentant au plus un point d'inflexion, entre des extrémités intérieure et extérieure. Les extrémités intérieures respectives des brins 40 et 42 sont situées sur la limite 28. Les extrémités extérieures respectives des brins 40 et 42 sont situées sur la limite 26. Les brins 40 et 42 sont séparés l'un de l'autre et sont espacés d'une distance d'espacement S. Cette distance S est définie comme étant la plus petite distance séparant des bords de ces brins 40 et 42 et étant mesurée, parallèlement au plan du substrat. Ici, cette distance S est mesurée entre des points d'intersection de la limite 26 avec deux droites 45 et 47. Ces droites 45 et 47 sont tangentes, respectivement, aux brins 40 et 42 en des points respectifs de ces brins situés :
-sur un côté intérieur de ce brin, et
-à l'intersection de ce brin avec une ligne 46. Cette ligne 46 est équidistante aux limites 26 et 28. Lorsque la ligne 46 n'est pas rectiligne, la distance S est mesurée le long de la trajectoire de la ligne 46 entre les bords de ces brins.
[0029] Le côté intérieur des brins 40 et 42 correspond au côté de ce brin qui s'étend à l'intérieur du motif 30.
[0030] Dans cet exemple, les brins 40 et 42 sont parallèles entre eux et s'étendent perpendiculairement aux limites 26 et 28. Le motif 30 délimite donc ici un créneau rectiligne. La distance S est mesurée selon une direction parallèle à la ligne 46. Cette distance S est supérieure ou égale à 0,001 mm ou à 0,002mm ou à 0,005mm ou à 0,1 mm ou à 0,2mm ou à 0,5mm.
[0031] Le brin 44 relie directement l'une à l'autre les extrémités intérieures des brins 40 et 42 et s'étend le long de la limite 28, formant ainsi le fond du « U ».
[0032] Le motif 30 est ici relié à d'autres exemplaires du motif, situés immédiatement en amont ou en aval, par l'intermédiaire de quatrièmes brins 48 de la piste 10. Ces brins 48 relient directement l'extrémité extérieure d'un brin 42 d'un exemplaire amont du motif à l'extrémité extérieure du brin 40 de l'exemplaire du motif 30 immédiatement en aval. Le brin 48 s'étend le long de la limite 26. Chacun des exemplaires de ce motif 30, à l'exception des exemplaires qui sont directement raccordés aux extrémités 20 et 22, est ainsi raccordé aux exemplaires du motif 30 immédiatement voisins.
[0033] La figure 4 représente une vue en coupe du motif 30, selon un plan vertical contenant la ligne 46. La piste 10 présente une hauteur h' supérieure ou égale à 2μηη. Avantageusement, cette hauteur h' est supérieure ou égale à 4μηη ou à 8μηη ou à 10μηη. Cette hauteur h' est avantageusement inférieure ou égale à 40μηη ou à 35μηη. Ici, cette hauteur h' est comprise entre 17μηη et 34μηη . Cette hauteur h' est mesurée selon une direction verticale. La hauteur h' est typiquement constante sur toute la longueur de la piste 10.
[0034] Dans cet exemple, l'antenne 4 présente les caractéristiques suivantes :
-la limite extérieure 26 présente une longueur de côté égale à 22,7 mm ; -la distance S est égale à 0,3mm ;
-la largeur W est égale à 0,3mm ;
-le nombre N est égal à 48 ;
-la largeur L est égale à 3mm.
[0035] La figure 5 représente l'évolution, en fonction de la fréquence d'un signal radio, des coefficients de réflexion Su respectifs de cette antenne 4 (courbe 60) et de l'antenne radioélectrique connue décrite dans la demande de brevet US-6147655-A (BRUCE B. ROESNER) précédemment citée (courbe 62), obtenus au moyen de simulations numériques, réalisées à l'aide du logiciel Ansoft, distribué par la société « Ansys ». Plus précisément, ces simulations ont été réalisées avec les modules « HFSS » version 14, et « Optimetrics » de ce logiciel.
[0036] Dans cette description, on définit, pour une antenne radioélectrique, le coefficient de réflexion Su, de la façon suivante : |Sn |2 = PJPr ,
où P. est la puissance incidente d'un signal électromagnétique reçu par l'antenne et Pr puissance réfléchie par l'antenne en réponse à ce signal électromagnétique reçu. [0037] L'antenne 4 présente une fréquence de résonance égale à 2,44GHz, avec une bande passante à -10dB égale à 1 10MHz et un gain d'antenne égal à 1 ,57dBi. [0038] En revanche, l'antenne connue ne présente pas de résonance dans cette bande de fréquences et, notamment, pas dans la bande allant de 2,3GHz à 2,8GHz. En fait, cette antenne connue ne présente pas d'adaptation, et ne peut donc pas présenter de gain d'antenne positif. Cette antenne connue a été simulée avec les caractéristiques suivantes, telles que décrites dans la demande de brevet précédemment citée : L = 4mm, S = W = 0,05mm, N = 92 et une longueur totale de piste égale à 382mm.
[0039] Les inventeurs ont également réalisé des essais additionnels illustrant l'influence des paramètres L, W, S et N sur les propriétés de l'antenne 4. Sauf mention contraire, dans la suite de la description, les propriétés électromagnétiques de chacune des antennes ont été obtenues par simulation numérique avec le même logiciel.
[0040] Le tableau suivant résume l'influence du nombre N de motifs sur les performances de l'antenne 4, avec les caractéristiques L= 3mm et S = W = 0,3mm :
Figure imgf000008_0001
[0041] On constate que le gain d'antenne présente une valeur positive pour des valeurs de N supérieures ou égales à 20. D'autres simulations, non illustrées ici, montrent que l'on obtient un gain d'antenne positif pour des valeurs de N supérieures à trois. Par exemple, pour N = 7 et avec les valeurs de L, S et W précédemment choisies, des simulations montrent que l'on obtient un gain d'antenne égal à 1 ,59dBi pour une fréquence de résonance de 7,75GHz. En revanche, on observe que la fréquence de résonance ainsi que la bande passante à -10dB diminuent lorsque la valeur de N augmente. Aussi, lorsque l'on souhaite obtenir une fréquence de résonance aux alentours de 2,45GHz, la valeur de N est choisie de préférence supérieure ou égale à 35 et inférieure ou égale à 70, pour les valeurs de S, W et L données.
[0042] Le tableau suivant résume l'influence de la largeur L sur les performances de l'antenne 4, avec les caractéristiques N = 30 et S = W = 0,3mm :
Figure imgf000009_0001
[0043] On constate ainsi une dégradation significative des performances de l'antenne pour des valeurs de L strictement supérieures à 5mm. En particulier, le gain d'antenne devient négatif pour des valeurs de L supérieures ou égales à 7mm
[0044] Le tableau suivant résume l'influence de la largeur W sur les performances de l'antenne 4, avec les caractéristiques L = 3mm, N = 24 et S = W :
Figure imgf000009_0002
[0045] On constate ainsi une dégradation des performances de l'antenne lorsque W est strictement inférieure à 0,2mm, en particulier du gain d'antenne, qui présente alors une valeur négative. En revanche, on observe que la bande passante à -10dB diminue lorsque la valeur de W augmente au-delà d'une certaine valeur, ici 0,6mm. Aussi, la valeur de W sera choisie de préférence supérieure ou égale à 0,2mm et inférieure ou égale à 0,5mm si l'on souhaite obtenir, en plus d'un gain d'antenne positif, une large bande passante à -10dB .
[0046] Le tableau suivant résume l'influence de la distance S sur les performances de l'antenne 4, avec les caractéristiques L = 3mm, N = 24 et W = 0,4mm :
S (mm) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Fréquence de résonance (GHz) 3,24 2,74 2,38 2,16 1 ,98 1 ,84
Su (dB) à la fréquence de -22,4 -26,3 -32,6 -28,23 -28,41 -22,3 résonance
Bande passante à -10dB (MHz) 200 150 120 105 98 90 Gain d'antenne (dBi) 1 ,85 1 ,89 1 ,88 1 ,91 1 ,92 1 ,94
[0047] On constate ainsi des propriétés satisfaisantes lorsque S est supérieur ou égal à 0,1 mm, comme notamment le gain d'antenne, qui présente alors une valeur positive. En revanche, on observe que la bande passante à -10dB diminue lorsque la valeur de S augmente. Aussi, la valeur de S sera choisie de préférence supérieure ou égale à 0,2mm et inférieure ou égale à 0,5mm si l'on souhaite obtenir, en plus d'un gain d'antenne positif, une large bande passante à -10dB. D'autres simulations, dont les résultats sont rassemblés dans le tableau ci-dessous, montrent que l'antenne présente toujours des propriétés satisfaisantes lorsque S est supérieur ou égal à 0,01 mm. Ces simulations ont été réalisées avec les caractéristiques suivantes : L = 3mm, W = 0,3mm, N = 64 :
Figure imgf000010_0001
[0048] Ainsi, avec les dimensions et les valeurs de L, W, N et S choisies, l'antenne 4 présente des propriétés électromagnétiques améliorées et, en particulier, un gain d'antenne positif. L'antenne 4 est ainsi apte à fonctionner, par exemple, dans un dispositif de récupération d'énergie électromagnétique. Dans cet exemple, l'antenne 4 est avantageusement apte à être utilisée pour des applications dans la bande de fréquences ISM (« Industrial, Scientific, Médical » en langue anglaise) telle que définie par la norme NF EN 5501 1.
[0049] La figure 6 représente une antenne 70 apte à être utilisée en lieu et place de l'antenne 4. Pour simplifier la figure 6 et les suivantes, le substrat 8 n'est pas illustré. Cette antenne 70 est identique à l'antenne 4, sauf que la bande 24 carrée est remplacée par une bande 72 de forme triangulaire. À cet effet, les limites 26 et 28 sont remplacées, respectivement, par des limites 74 et 76 qui présentent une forme de triangle équilatéral de centre O. Ces limites présentent ainsi trois symétries de rotation. Les dimensions du substrat de cette antenne sont adaptées, pour tenir compte de la modification de forme de la bande, de sorte à ce que ce substrat forme un carré de côté de 27mm dans lequel la bande 72 est inscrite. Les valeurs de L, W, S et N sont inchangées par rapport à celles de l'antenne 4. Cette antenne présente ainsi une fréquence de résonance égale à 2,39GHz, une bande passante à -10dB égale à 100MHz et un gain d'antenne égal à 1 ,318dBi. Là encore, pour simplifier la figure 6 et les suivantes, le nombre d'exemplaires du motif illustré est différent de N.
[0050] La figure 7 représente une antenne 90 apte à être utilisée en lieu et place de l'antenne 4. Cette antenne 90 est identique à l'antenne 4, sauf que la bande 24 carrée est remplacée par une bande 92 de forme circulaire. À cet effet, les limites 26 et 28 sont remplacées, respectivement, par des limites 94 et 96 qui décrivent chacune un cercle de centre O. Ces limites présentent ici une infinité de symétries de rotation. Dans ce cas, les brins 40 et 42 de chacun des motifs de la piste 10 ne sont plus parallèles entre eux, mais sont alignés le long de rayons des limites 26 ou 28. Les dimensions du substrat de cette antenne sont adaptées, pour tenir compte de la modification de forme de la bande, de sorte à ce que la face 12 forme un carré de côté de 22mm dans lequel la bande 92 est inscrite. Les valeurs de L, W, S et N sont inchangées par rapport à celles de l'antenne 4. Cette antenne présente ainsi une fréquence de résonance égale à 2,97GHz, une bande passante à -10dB égale à 120MHz et un gain d'antenne égal à 1 ,577dBi.
[0051] La figure 8 représente une antenne 110 apte à être utilisée en lieu et place de l'antenne 4. Cette antenne 1 10 est identique à l'antenne 4, sauf que la bande 24 carrée est remplacée par une bande 1 12 de forme hexagonale. À cet effet, les limites 26 et 28 sont remplacées, respectivement, par des limites 114 et 1 16 qui forment chacune un hexagone régulier de centre O. Ces limites présentent ici six symétries de rotation. Les dimensions du substrat de cette antenne sont adaptées, pour tenir compte de la modification de forme de la bande, de sorte à ce que ce dernier forme un carré de côté de 27mm dans lequel la bande 1 12 est inscrite. Les valeurs de L, W, S et N sont inchangées par rapport à celles de l'antenne 4. Cette antenne présente ainsi une fréquence de résonance égale à 2,39GHz, une bande passante à -10dB égale à 1 10MHz et un gain d'antenne égal à 1 ,599dBi.
[0052] La figure 9 représente une antenne 120 apte à être utilisée en lieu et place de l'antenne 4. Cette antenne 120 est identique à l'antenne 4, sauf que la bande 24 carrée est remplacée par une bande 122 de forme rectangulaire. À cet effet, les limites 26 et 28 sont remplacées, respectivement, par des limites 124 et 126 qui présentent une forme rectangulaire, de centre O, et dont le facteur de forme est inférieur à 1 ,4. Ces limites présentent ici deux symétries de rotation. Les valeurs de L, W, S sont inchangées par rapport à celles de l'antenne 4. La valeur de N est choisie égale à 48. Cette antenne présente ainsi une fréquence de résonance égale à 2,4GHz et un gain d'antenne égal à 1 ,25dBi.
[0053] La figure 10 représente une antenne 130 apte à être utilisée en lieu et place de l'antenne 4. Pour simplifier la figure 10, le substrat 8 n'est pas illustré. Cette antenne 130 est identique à l'antenne 120, sauf qu'à chaque angle, dans les zones 29, le brin 48 forme des motifs supplémentaires. Ces motifs supplémentaires ont ici la même forme que le motif 30 sauf que leurs extrémités inférieures ne sont pas sur la limite 126. Ces motifs supplémentaires sont par exemple formés par des brins 48. Ces motifs supplémentaires sont ici au nombre de N' sur toute l'antenne 130. Pour simplifier cette figure, la position des extrémités 20 et 22 est modifiée. Cette antenne 130 présente des propriétés proches de l'antenne 4, avec les paramètres suivants : L = 3mm, S = W = 0,3mm, N+N' = 48. Cette antenne 130 présente notamment une fréquence de résonance égale à 2,45 GHz et un gain d'antenne positif à cette fréquence. [0054] La figure 11 représente l'évolution, en fonction de la fréquence d'un signal radio, des coefficients Su respectifs des antennes 4 (courbe 150), 70 (courbe 152), 90 (courbe 154) et 110 (courbe 156).
[0055] La figure 12 représente un motif 170 apte à remplacer le motif 30. Ce motif présente ici une forme en « V ». À cet effet, les brins 40 et 42 sont remplacés, respectivement, par des brins 172 et 174 de piste 10, formant des barres latérales du « V ». Ces brins 172 et 174 sont identiques, respectivement, aux brins 40 et 42, sauf qu'ils ne sont pas parallèles l'un à l'autre et ne s'étendent pas perpendiculairement aux limites 26 et 28. En outre, ces brins 172 et 174 sont des segments rectilignes et sont reliés directement l'un à l'autre. Plus précisément, les extrémités intérieures des brins 170 et 172 sont confondues l'une avec l'autre et sont situées sur la limite 28. Les extrémités extérieures des brins 170 et 172 sont situées sur la limite 26. On définit pour ces brins 172 et 174, respectivement, des droites tangentes 176 et 178, de la même façon que pour les brins 40 et 42. Les extrémités extérieures de chaque exemplaire du motif sont ici confondues avec les extrémités extérieures des exemplaires immédiatement voisins de ce motif situés en amont ou en aval, à l'exception des motifs qui sont directement raccordés aux extrémités 20 et 22. Ainsi, le motif 170 ne comporte pas les brins 46 et 50. Le motif 170 présente ainsi une forme triangulaire. Par exemple, une antenne identique à l'antenne 4 sauf que le motif 170 est utilisé à la place du motif 30 présente une fréquence de résonance de 2,45GHz et un gain d'antenne de 2,33dBi.
[0056] La figure 13 représente un motif 190 apte à remplacer le motif 30. Ce motif 190 est identique au motif 170, sauf que les brins 172 et 174 sont remplacés, respectivement, par des brins 192 et 194 de piste 10. Ces brins 192 et 194 sont, respectivement, identiques aux brins 172 et 174, sauf qu'ils ne s'étendent pas de façon rectiligne, mais présentent un unique point d'inflexion, de façon à ce que le motif 190 présente une forme essentiellement sinusoïdale. Par exemple, une antenne identique à l'antenne 4 sauf que le motif 190 est utilisé à la place du motif 30 présente une fréquence de résonance de 1 ,8GHz.
[0057] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles.
[0058] Le réflecteur 6 peut être omis. Le réflecteur 6 peut être réalisé différemment. Par exemple, le réflecteur est réalisé en matière métallique. Les valeurs de D et/ou de d peuvent être choisies différemment, en fonction notamment des dimensions de l'antenne 2.
[0059] Le substrat 8 peut présenter une épaisseur h et/ou une permittivité relative statique différentes de celles décrites. Le substrat 8 peut être formé d'un matériau souple ; dans ce cas, la face 12 n'est pas plane. Le plan du substrat présente alors une courbure non nulle, de manière à épouser la courbure de la face 12. Le substrat 8 peut comporter un matériau différent, comme le matériau commercialisé sous le nom « Kapton » par la société DuPont, ou un polymère à cristaux liquides, ou encore du papier. Dans ce cas, la hauteur h' de la piste 10 est différente. Par exemple, lorsque le substrat 8 est réalisé au moyen d'un film de Kapton, la hauteur h est égale à 125μηη, et h' est alors avantageusement comprise entre 4μηη et 10μηη .
[0060] Le brin 44 peut être situé sur la limite extérieure 26 au lieu d'être sur la limite intérieure 28 et relier les extrémités extérieures des brins 40 et 42. Dans ce cas, le brin 50 est placé sur la limite intérieure 28 et relie les extrémités intérieures des brins 40 et 42. Dans ce cas, la distance S est définie en référence à la limite 28 plutôt qu'à la limite 26.
[0061] Le motif 170 peut être utilisé à la place du motif 30 dans l'une quelconque des antennes 4, 70, 90, 1 10, 120 et 130. Il en va de même pour le motif 190.
[0062] Le motif périodique peut être différent des motifs 30, 170 et 190 et peut présenter de nombreuses adaptations de forme, à condition qu'il possède toujours les propriétés suivantes :
-le motif comporte les premier et second brins de piste, séparés l'un de l'autre par une distance d'espacement S et s'étend le long de trajectoires respectives présentant au plus un point d'inflexion ;
-les premier et second brins s'étendent entre les extrémités extérieures et intérieures, respectivement placées sur les limites extérieure et intérieure de la bande ;
-chaque exemplaire du motif est raccordé aux extrémités extérieures d'autres exemplaires de ce motif situé immédiatement en amont et en aval dans la même bande, à l'exception des exemplaires qui sont directement raccordés aux extrémités terminales de la piste.
[0063] Les antennes peuvent présenter une fréquence de résonance comprise en dehors de la bande de fréquences ISM. Par exemple, cette fréquence de résonance est comprise dans les bandes de fréquences GSM-900 ou GSM-1800. La longueur totale de la piste 10 doit donc être adaptée pour correspondre à la fréquence de résonance désirée. Dans ce cas, les valeurs de N peuvent être différentes de celles décrites.
[0064] L'antenne 4 peut présenter une forme de bande différente de la bande 24 ou de l'une quelconque des bandes 72, 92, 1 12, 122. Par exemple, la bande présente une forme d'ellipse, dont les foyers sont situés à équidistance et de part et d'autre du centre O.
[0065] En variante, au moins deux exemplaires du dispositif 2 sont mis en réseau pour former un réseau d'antennes apte à recevoir un même signal radioélectrique.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Antenne radioélectrique (4), comportant :
-un substrat diélectrique (8), présentant une permittivité relative statique supérieure ou égale à 2, ce substrat présentant une face (12) ;
-une piste (10) électriquement conductrice, de largeur W, réalisée sur la face du substrat, s'étendant longitudinalement, entre deux extrémités terminales (20, 22), uniquement à l'intérieur d'une bande (24) de largeur L délimitée, d'un côté, par une limite extérieure (26) et, de l'autre côté, par une limite intérieure (28), ces limites formant chacune une boucle fermée et la limite extérieure étant située plus loin d'un centre O que la limite intérieure, le centre O étant le centre géométrique de la surface délimitée par la limite intérieure, la limite intérieure formant une ellipse ou un polygone inscrit dans un cercle et présentant un facteur de forme compris entre 1 et 1 ,43, ce facteur de forme étant défini comme étant le rapport entre la longueur et la largeur du rectangle de plus petite superficie contenant entièrement la limite intérieure et dans laquelle :
-la piste dessine un motif périodique (30) répété N fois et présentant une forme en « U » ou en « V », ce motif étant composé :
· de premier (40) et second (42) brins de piste, séparés l'un de l'autre par une distance d'espacement S, ces premier et second brins de piste formant des barres latérales du « U » ou du « V », ces premier et second brins s'étendant le long de trajectoires respectives présentant au plus un point d'inflexion, les extrémités, dites intérieures, des premier et second brins étant situées sur la limite intérieure et les extrémités, dites extérieures, de ces premier et second brins étant situées sur la limite extérieure, la distance d'espacement S étant mesurée entre des points d'intersections de la limite extérieure (26) avec des première (45) et seconde (47) droites, ces première et seconde droites étant respectivement tangentes aux premiers et second brins en des points d'intersection desdits brins avec une ligne (46) équidistante aux limites intérieure et extérieure, les extrémités intérieures étant confondues uniquement dans le cas de la forme « en V », et
• uniquement dans le cas de la forme « en U », d'un troisième brin (44) s'étendant le long de la limite intérieure, reliant directement les extrémités intérieures des premier et second brins, pour former le fond du « U » ;
-les extrémités extérieures de chaque exemplaire du motif périodique sont raccordées aux extrémités extérieures d'autres exemplaires de ce motif périodique situés, respectivement, immédiatement en amont et en aval dans la même bande, sauf pour les exemplaires qui sont directement raccordés aux extrémités terminales de la piste ; cette antenne étant caractérisée en ce que :
-la largeur L de la bande est inférieure à 5mm ;
-le nombre N de motifs est supérieur à 3 ;
-la largeur W est supérieure ou égale à 0,15mm ;
-la distance d'espacement S est supérieure ou égale à 0,01 mm.
2. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la limite intérieure (28) présente au moins trois symétries de rotation par rapport à un axe passant par le centre O et étant perpendiculaire au plan de la face du substrat.
3. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les extrémités extérieures de chaque exemplaire du motif périodique sont raccordées aux extrémités extérieures d'autres exemplaires de ce motif au moyen d'un quatrième brin (48), s'étendant le long de la limite extérieure (26).
4. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les premier et second brins sont rectilignes et s'étendent chacun perpendiculairement aux limites intérieure et extérieure.
5. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la largeur W est supérieure ou égale à 0,2mm et inférieure ou égale à 0,5mm.
6. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la distance d'espacement S est supérieure ou égale à 0,2mm et inférieure ou égale à 0,5mm.
7. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la distance d'espacement S est égale à la largeur W.
8. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le motif périodique est régulièrement réparti dans la totalité de la bande.
9. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les premier et second brins s'étendent parallèlement entre eux.
10. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la piste (10) présente une hauteur (h') supérieure ou égale à 2μηη.
11. Dispositif radioélectrique (2) caractérisé en ce qu'il comporte :
-une antenne radioélectrique (4) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes ;
-un réflecteur (6) d'ondes radioélectriques, présentant une forme parabolique, ce réflecteur d'ondes radioélectriques étant accolé sur une face arrière du substrat de l'antenne opposée à la face sur laquelle s'étend la piste, et étant conformé de façon à ce que les ondes radioélectriques réfléchies par ce réflecteur d'ondes radioélectriques convergent en un point de focalisation, situé à une distance du centre O inférieure ou égale à la moitié de la profondeur (d) de ce réflecteur d'ondes radioélectriques.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6147655A (en) 1998-11-05 2000-11-14 Single Chip Systems Corporation Flat loop antenna in a single plane for use in radio frequency identification tags
US6320509B1 (en) * 1998-03-16 2001-11-20 Intermec Ip Corp. Radio frequency identification transponder having a high gain antenna configuration
EP1672732A1 (fr) * 2004-12-16 2006-06-21 Research In Motion Limited Antenne du type en méandres à profil mince
US20070200708A1 (en) * 2006-02-24 2007-08-30 Kosuke Hayama Loop antenna and RFID tag
KR20080072146A (ko) * 2007-02-01 2008-08-06 충남대학교산학협력단 Ｒｆｉｄ 태그용 미앤더 구조의 사각 루프 안테나

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6320509B1 (en) * 1998-03-16 2001-11-20 Intermec Ip Corp. Radio frequency identification transponder having a high gain antenna configuration
US6147655A (en) 1998-11-05 2000-11-14 Single Chip Systems Corporation Flat loop antenna in a single plane for use in radio frequency identification tags
EP1672732A1 (fr) * 2004-12-16 2006-06-21 Research In Motion Limited Antenne du type en méandres à profil mince
US20070200708A1 (en) * 2006-02-24 2007-08-30 Kosuke Hayama Loop antenna and RFID tag
KR20080072146A (ko) * 2007-02-01 2008-08-06 충남대학교산학협력단 Ｒｆｉｄ 태그용 미앤더 구조의 사각 루프 안테나

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