EP1430566A1 - Broadband or multiband antenna - Google Patents

Broadband or multiband antenna

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EP1430566A1
EP1430566A1 EP02781378A EP02781378A EP1430566A1 EP 1430566 A1 EP1430566 A1 EP 1430566A1 EP 02781378 A EP02781378 A EP 02781378A EP 02781378 A EP02781378 A EP 02781378A EP 1430566 A1 EP1430566 A1 EP 1430566A1
Authority
EP
European Patent Office
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reflector
plane
failing
bip
elements
Prior art date
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EP02781378A
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German (de)
French (fr)
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EP1430566B1 (en
Inventor
Bernard Jean Yves Jecko
Cyril Cheype
Cédric SERIER
Marc Thevenot
Thierry Monediere
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP1430566A1 publication Critical patent/EP1430566A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1430566B1 publication Critical patent/EP1430566B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
    • 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
    • H01Q19/06—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 refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H01Q19/062—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 refracting or diffracting devices, e.g. lens for focusing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements

Definitions

  • Broadband or multi-band antenna Broadband or multi-band antenna.
  • the invention relates to a broadband or multi-band antenna for microwaves, implemented from photonic band gap materials, designated BIP materials.
  • BIP materials for the implementation of microwave antennas has already been proposed.
  • Antennas of this type essentially comprise a reflective plane, a power outlet or radiating element in transmission / reception, placed in the vicinity of the reflective plane, and an assembly of '' at least two dielectric materials superimposed on the reflecting plane and on the power supply socket in transmission / reception.
  • the dielectric materials used are differentiated by their permittivity or their permeability, the assembly thus formed constituting a BIP material.
  • a BIP material is a material which has the property of filtering (absorbing) certain frequency ranges, that is to say of prohibiting any transmission in the aforementioned frequency ranges .
  • the material is, under these conditions, qualified BIP material, with Photonic Forbidden Band.
  • the BIP material generally consists, as shown in FIG. 1b, of a periodic arrangement of dielectrics of variable permittivity and / or permeability.
  • BIP material is, under these conditions, designated BIP material in default.
  • Such a type of antenna is satisfactory. However, due to the very structure of the latter, the bandwidth authorized by such an antenna type is relatively narrow and does not exceed 4 to 5% of the central frequency, for an attenuation of 6dB.
  • the object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks and limitations of antennas with BIP material, failing this in the prior art.
  • an object of the present invention is the implementation of a broadband antenna, of the type with default BIP material, having a significantly improved passband or divided into multiple passbands.
  • Another object of the present invention is, in addition, the implementation of a broadband antenna, having a simple structure, in the absence of the addition of a dispersive or absorbent element by breaking the regularity or by making the more complex implementation.
  • the broadband antenna, object of the present invention is remarkable in that it comprises at least one plane, constituting a reflector, and at least one outlet for transmission / reception supply placed in the vicinity of this plane constituting a reflector.
  • an assembly of elements of defective BIP material disposed substantially in superposition on the plane constituting the reflector and on the power outlet is provided.
  • Each element of defective BIP material forming the assembly is substantially plane and parallel to the plane constituting the reflector and at least one of the characteristics of dielectric permittivity, magnetic permeability and / or thickness in the direction perpendicular to the plane constituting the reflector.
  • these elements is substantially different from one element of failing BIP material to another, so that the assembly formed by the plane constituting a reflector and the assembly of elements of failing BIP material forms a resonant cavity with leaks.
  • the broadband antenna object of the present invention, finds application, in particular, in the production of microwave antennas usable in the field of mobile radiotelephony, telecommunications by optical means in the field of visible or invisible spectrum.
  • FIG. 2a shows, by way of illustration, a perspective view of a broadband or multi-band antenna according to the subject of the present invention
  • FIG. 2b shows a sectional view, along the section plane P of the broadband or multi-band antenna, object of the invention, shown in Figure 2a;
  • FIG. 3a shows, by way of illustration, a sectional view, along the same section plane P shown in Figure 2a, of an antenna equivalent to that shown in Figure 2a or 2b;
  • FIG. 3b shows a comparative diagram of the transmission coefficients as a function of the frequency of an antenna of the prior art illustrated by the aforementioned French patent application 2 801 428, curve A, respectively of an antenna conforming to the object of the present invention as shown in Figure 2a, 2b or 3a, curve B;
  • FIG. 4 shows, by way of illustration, a diagram of the waveforms generated in the resonant leakage cavity constituting the broadband or multi-band antenna, object of the present invention in its two modes of implementation , according to Figures 2a, 2b and 3a;
  • FIG. 5 shows an antenna array implemented from an antenna according to the invention.
  • FIGS. 2a-2b A more detailed description of a broadband or multiband antenna, in accordance with the object of the present invention, will now be given in conjunction with FIGS. 2a-2b and the following figures.
  • the broadband antenna object of the present invention, comprises at least one plane constituting a reflector, denoted R, this plane possibly being constituted by a metal plate for example.
  • the radiating element ER in transmission / reception noted ER is provided.
  • the radiating element ER can be constituted by a radiating dipole, a radiating slot, a probe or a radiating patch for example. While in the embodiment as shown in Figure 2a a single radiating element ER is shown, it is indicated that the broadband antenna, object of the present invention, may comprise a plurality of radiating elements ER not shown in the drawing.
  • the broadband or multi-band antenna, object of the invention comprises, arranged superimposed on the plane constituting the reflector R and on this or these radiating elements ER, an assembly BIP material elements failing.
  • assembly BIP material elements failing this, is meant a plurality of elements constituted by blades or structures of dielectric material for example, denoted LD, these elements, forming groups or patterns, being stacked in the direction perpendicular to the plane reflector R and separated, each by another dielectric material, for example, by an air space, alumina or the like.
  • Each strip of dielectric material LD is substantially planar, and each element of failing BIP material is parallel to the plane constituting the reflector R.
  • at least one of the characteristics of magnetic permeability, dielectric permittivity and / or thickness, denoted e, in the direction perpendicular to the plane constituting the reflector R is substantially different, from an element of BIP material failing to the other.
  • each plate of dielectric material LD can have a value of dielectric permittivity, magnetic permeability or a different thickness e, of an element of BIP material failing this. to the other, under the conditions which will be explained below in the description.
  • 2b shows a sectional view along the section plane P of Figure 2a of the broadband antenna, object of the invention, shown in the above figure.
  • ⁇ ' g the wavelength of the radio signal guided when the propagation medium consists of the material, such as a dielectric material, of each of the blades LD respectively by ⁇ g the length of wave of the radio signal guided by the intervals separating the LD blades and the elements of failing BIP material, that is to say in a nonlimiting embodiment by the air or alumina blades separating the LD blades represented in Figure 2a and in Figure 2b.
  • the notation ⁇ g also designates the wavelength of the guided radio signal propagating between the plane forming a reflector R and the first strip of dielectric material LD placed opposite the latter.
  • FIG. 2b an orthonormal reference has been shown in particular making it possible to identify all of the constituent elements of the broadband antenna which is the subject of the present invention.
  • the reflective plane R is at dimension 0 in the direction Oz
  • the blades LD being superposed successively in the aforementioned direction
  • the cutting plane P is parallel to the plane Ox, Oz.
  • the direction Oy is orthogonal to the plane Ox, Oz mentioned above.
  • FIG. 2b A particular non-limiting mode of implementation of the broadband antenna which is the subject of the present invention will now be described in connection with FIG. 2b in a particularly simple and simplified case where the assembly of elements in BIP material failing this and the blades of LD material consist of blades of the same dielectric material for example, which, under these conditions, have characteristics of dielectric permittivity respectively of magnetic permeability substantially identical from one blade of dielectric material to another and of one element in BIP material failing the other.
  • each strip of dielectric material LD advantageously has a thickness constituting a non-decreasing function by discrete values of the distance of the strip of dielectric material considered from the plane constituting the reflector R.
  • each strip of dielectric material forming the assembly is spaced from a neighboring dielectric strip by the same distance equal to ⁇ g / 4 where ⁇ g denotes the guided wavelength associated with the separating material each blade of LD dielectric material.
  • ⁇ g denotes the guided wavelength associated with the air or with the alumina separating each plate of dielectric material LD.
  • the first strip of dielectric material LD facing the plane constituting the reflector R and adjacent to this plane is placed at a distance from this plane equal to ⁇ g / 2, ⁇ g denoting in the same way the guided wavelength associated with the material separating the first strip of dielectric material LD from the plane constituting the reflector R.
  • ⁇ g thus denotes the length of guided wave of the radio signal when the latter is propagated in air or alumina in the example of nonlimiting implementation corresponding to FIG. 2a or 2b.
  • a plurality of blades of successive dielectric material LD present the same thickness, this thickness being substantially equal to a fraction of the guided wavelength associated with this dielectric material to form a group of successive dielectric material blades.
  • the resonant cavity thus appears to be constituted by a plurality of groups of blades of successive dielectric material each formed by an element of defective BIP material, the different groups being mutually coupled by their fault zone to constitute the resonant cavity with resulting leakage.
  • ⁇ ' g denotes the wavelength of the guided radio signal propagating in each plate of dielectric material LD.
  • each group by way of nonlimiting example, being constituted by two parallel blades of the same thickness, respectively ei and e 2 .
  • the thickness ⁇ j of the blades of dielectric material LD constituting each group Gj of blades of dielectric material is in geometric progression by reason q in the direction of superposition of the successive groups Gj.
  • the number of superimposed groupings is equal to 2, so as not to overload the drawing, and the reason for the geometric progression is also taken equal to 2. These values are not limiting .
  • the assembly of the elements of failing BIP material can be formed by a periodic repeating structure of the characteristics of magnetic permeability, dielectric permittivity and thickness of the material blades in one, two or three directions, a perpendicular direction and one or two directions parallel to the plane constituting the reflector, as will be described below in the description.
  • the superposition of the groups Gj constitutes a repetition of patterns of characteristics of magnetic permeability, of dielectric permittivity and of different thickness, this repetition being able to be periodic.
  • the structure of the broadband or multi-band antenna in accordance with the subject of the present invention is implemented on the basis of the preliminary remark according to which the amplitude of the electric field in the vicinity of the plane constituting the reflector R is substantially zero due to the principle of metallic reflection of the electric fields in the vicinity of the surface of a metallic reflector. Consequently, as shown in FIG.
  • the structure of the broadband or multi-band antenna, in accordance with the object of the present invention is obtained by eliminating the plane constituting the reflector R and by replacing the latter with another assembly of elements of BIP material with symmetrical defect, the blades of dielectric material constituting the other assembly of elements of BIP material with symmetrical defect, due to the aforementioned symmetry, being denoted LD S in FIG. 3a.
  • Symmetry is understood, of course, with respect to the radiating element ER or with respect to all of the radiating elements ER in transmission / reception and with respect to the median plane materializing the location of the plane constituting the removed reflector R.
  • the groups of the other assembly of blades of dielectric material LD S are designated G- ⁇ s , respectively G 2s with reference to FIG. 2b.
  • FIG. 3b represents a diagram of the transmission coefficients expressed in dB as a function of the frequency for a broadband antenna conforming to the object of the present invention as represented in FIG. 2a, 2b or 3a, curve B, in comparison with FIG. an antenna of the prior art as described in the French patent application previously cited in the description, curve A. From the comparison of the above-mentioned curves, there is a significant increase in the bandwidth when the antenna structure in accordance with the object of the present invention is implemented.
  • the bandwidth when the broadband antenna structure conforms to the object of the present invention is implemented, is at least twice as large as the bandwidth corresponding to the same frequency and for an attenuation value of 6dB, when an antenna structure of conventional type is used implemented.
  • FIG. 4 finally shows the waveforms obtained during the implementation of a broadband antenna in accordance with the object of the present invention, for example in the case of FIG. 3a, the aforementioned waveforms being represented by the amplitude of the electric field
  • the broadband or multi-band antenna structure described in accordance with the object of the present invention in the present description is not limited to the embodiment described in connection with the Figures 2a, 2b and 3a for example. Indeed, while these structures have a repeating direction of a single pattern, as shown in FIGS. 2b or 3a for example, in the direction Oz, it is of course possible to provide two repeating directions and even three repeating directions in the directions Oy and Ox of the reference shown in FIG. 2b, 3a and 4 for example.
  • the elements of BIP material, failing this, constituting the superimposed groupings or patterns may include blades or elements of metal or of magnetic material for example.
  • the orthonormal coordinate system is designated Oxyz, Ozxy, Oyzx to take account of the production of repeating patterns in one, in two or in three directions.
  • the antenna structure in accordance with the object of the present invention makes it possible to implement an antenna array.
  • the antenna array obtained comprises an antenna conforming to the object of the invention as described previously in the description in which a plurality of elements in transmission / reception ERj ; k are distributed periodically at neighborhood of the reflector plane R.
  • the radiating elements ERj; k can be identical.
  • the dimensioning of the network and the number J, K of radiating elements in the two directions of distribution of the latter are chosen according to the application or the use of the network.
  • Such networks find application in point-to-point and point-to-point telecommunications.
  • a new broadband or multiband antenna structure has thus been described, which has particularly advantageous properties in terms of bandwidth while retaining the radiation and bulk properties of the antenna structure of the prior art, as previously mentioned.
  • the broadband or multi-band antenna structure which is the subject of the present invention forms a leakage cavity, the operating frequency of which is mainly fixed by the superimposition dimension of the arrangement of elements of BIP material, failing this. .
  • the results obtained have shown a doubling of the bandwidth compared to the device of the prior art described above.
  • the broadband or multi-band antenna structure in accordance with the object of the present invention makes it possible to remove one of the limits of use of BIP materials for the production of radiating devices.

Abstract

The invention concerns a broadband or multiband antenna for microwaves, comprising a reflector plane (R) and at least a radiating element (ER) arranged proximate to the reflector plane (R). A assembly of photonic forbidden band material default elements is superimposed on the reflector plane (R) and the radiating element (ER). Each photonic forbidden band material default element is substantially planar, parallel to the reflector (R) and has at least a characteristic of magnetic permeability of dielectric permittivity and/or thickness in the direction perpendicular to the reflector (R) different from one element of photonic forbidden band material to the next. The assembly forms a leaky resonant cavity. The invention is applicable to mobile telephone systems, or optical path transmissions.

Description

Antenne à large bande ou multi-bandes. Broadband or multi-band antenna.
L'invention est relative à une antenne à large bande ou multi-bandes, pour micro-ondes, mise en œuvre à partir de matériaux à bande interdite photonique, désignés matériaux BIP. L'utilisation des matériaux BIP pour la mise en œuvre d'antennes pour micro-ondes a déjà été proposée.The invention relates to a broadband or multi-band antenna for microwaves, implemented from photonic band gap materials, designated BIP materials. The use of BIP materials for the implementation of microwave antennas has already been proposed.
Les antennes de ce type, en référence à la figure 1 a relative à l'art antérieur, comportent essentiellement un plan réflecteur, une prise d'alimentation ou élément rayonnant en émission/réception, placée au voisinage du plan réflecteur, et un assemblage d'au moins deux matériaux diélectriques superposé au plan réflecteur et à la prise d'alimentation en émission/réception. Les matériaux diélectriques utilisés se différencient par leur permittivité ou leur perméabilité, l'assemblage ainsi formé constituant un matériau BIP. En référence à la figure 1 b, on rappelle qu'un matériau BIP est un matériau qui possède la propriété de filtrer (absorber) certaines gammes de fréquences, c'est-à-dire d'interdire toute transmission dans les gammes de fréquences précitées. Le matériau est, dans ces conditions, qualifié matériau BIP, à Bande Interdite Photonique. Le matériau BIP est généralement constitué, ainsi que représenté en figure 1 b, d'un arrangement périodique de diélectriques de permittivité et/ou de perméabilité variable.Antennas of this type, with reference to FIG. 1 a relating to the prior art, essentially comprise a reflective plane, a power outlet or radiating element in transmission / reception, placed in the vicinity of the reflective plane, and an assembly of '' at least two dielectric materials superimposed on the reflecting plane and on the power supply socket in transmission / reception. The dielectric materials used are differentiated by their permittivity or their permeability, the assembly thus formed constituting a BIP material. With reference to FIG. 1 b, it is recalled that a BIP material is a material which has the property of filtering (absorbing) certain frequency ranges, that is to say of prohibiting any transmission in the aforementioned frequency ranges . The material is, under these conditions, qualified BIP material, with Photonic Forbidden Band. The BIP material generally consists, as shown in FIG. 1b, of a periodic arrangement of dielectrics of variable permittivity and / or permeability.
L'introduction d'une rupture dans cette périodicité géométrique et/ou radioélectrique, rupture encore appelée défaut, obtenu par suppression d'un élément "central", permet d'engendrer un défaut d'absorption et donc la création d'une bande de transmission dans la bande interdite du matériau BIP. Le matériau BIP est, dans ces conditions, désigné matériau BIP à défaut.The introduction of a break in this geometrical and / or radioelectric periodicity, break also called defect, obtained by suppression of a "central" element, makes it possible to generate an absorption defect and therefore the creation of a band of transmission in the forbidden band of the BIP material. The BIP material is, under these conditions, designated BIP material in default.
Pour une description plus détaillée d'un tel type d'antenne, on pourra utilement se reporter à la demande de brevet français 99 14521/2 801 428 mise à la disposition du public le 25/05/2001.For a more detailed description of such a type of antenna, reference may usefully be made to French patent application 99 14521/2 801 428 made available to the public on 05/25/2001.
Un tel type d'antenne donne satisfaction. Toutefois, en raison de la structure même de celui-ci, la bande passante autorisée par un tel type d'antenne est relativement étroite et n'excède pas 4 à 5% de la fréquence centrale, pour une atténuation de 6dB.Such a type of antenna is satisfactory. However, due to the very structure of the latter, the bandwidth authorized by such an antenna type is relatively narrow and does not exceed 4 to 5% of the central frequency, for an attenuation of 6dB.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients et limitations précités des antennes à matériau BIP à défaut de l'art antérieur.The object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks and limitations of antennas with BIP material, failing this in the prior art.
En particulier, un objet de la présente invention est la mise en œuvre d'une antenne à large bande, du type à matériau BIP à défaut, présentant une bande passante sensiblement améliorée ou divisée en bandes passantes multiples. Un autre objet de la présente invention est, en outre, la mise en œuvre d'une antenne à large bande, présentant une structure simple, en l'absence d'adjonction d'élément dispersif ou absorbant en rompant la régularité ou en rendant la mise en œuvre plus complexe.In particular, an object of the present invention is the implementation of a broadband antenna, of the type with default BIP material, having a significantly improved passband or divided into multiple passbands. Another object of the present invention is, in addition, the implementation of a broadband antenna, having a simple structure, in the absence of the addition of a dispersive or absorbent element by breaking the regularity or by making the more complex implementation.
L'antenne à large bande, objet de la présente invention, est remarquable en ce qu'elle comporte au moins un plan, constituant réflecteur, et au moins une prise d'alimentation en émission/réception placée au voisinage de ce plan constituant réflecteur. En outre, un assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut disposé sensiblement en superposition au plan constituant réflecteur et à la prise d'alimentation est prévu. Chaque élément de matériau BIP à défaut formant l'assemblage est sensiblement plan et parallèle au plan constituant réflecteur et l'une au moins des caractéristiques de permittivité diélectrique, de perméabilité magnétique et/ou d'épaisseur dans la direction perpendiculaire au plan constituant réflecteur de ces éléments est sensiblement différente d'un élément de matériau BIP à défaut à l'autre, de sorte que l'ensemble formé par le plan constituant réflecteur et l'assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut forme une cavité résonnante à fuites.The broadband antenna, object of the present invention, is remarkable in that it comprises at least one plane, constituting a reflector, and at least one outlet for transmission / reception supply placed in the vicinity of this plane constituting a reflector. In addition, an assembly of elements of defective BIP material disposed substantially in superposition on the plane constituting the reflector and on the power outlet is provided. Each element of defective BIP material forming the assembly is substantially plane and parallel to the plane constituting the reflector and at least one of the characteristics of dielectric permittivity, magnetic permeability and / or thickness in the direction perpendicular to the plane constituting the reflector. these elements is substantially different from one element of failing BIP material to another, so that the assembly formed by the plane constituting a reflector and the assembly of elements of failing BIP material forms a resonant cavity with leaks.
L'antenne à large bande, objet de la présente invention, trouve application, notamment, dans la réalisation d'antennes hyperfréquences utilisables dans le domaine de la radiotéléphonie mobile, des télécommunications par voie optique dans le domaine du spectre visible ou invisible.The broadband antenna, object of the present invention, finds application, in particular, in the production of microwave antennas usable in the field of mobile radiotelephony, telecommunications by optical means in the field of visible or invisible spectrum.
La structure et le mode opératoire de l'antenne à large bande ou multibandes, objet de la présente invention, seront mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après, dans lesquels, outre les figures 1a et 1 b relatives à l'art antérieur :The structure and the operating mode of the broadband or multiband antenna, object of the present invention, will be better understood on reading the description and observation of the drawings below, in which, in addition to FIGS. 1a and 1b relating to the prior art:
- la figure 2a représente, à titre illustratif, une vue en perspective d'une antenne à large bande ou multi-bandes conforme à l'objet de la présente invention ;- Figure 2a shows, by way of illustration, a perspective view of a broadband or multi-band antenna according to the subject of the present invention;
- la figure 2b représente une vue en coupe, selon le plan de coupe P de l'antenne à large bande ou multi-bandes, objet de l'invention, représentée en figure 2a ;- Figure 2b shows a sectional view, along the section plane P of the broadband or multi-band antenna, object of the invention, shown in Figure 2a;
- la figure 3a représente, à titre illustratif, une vue en coupe, selon le même plan de coupe P représenté en figure 2a, d'une antenne équivalente à celle représentée en figure 2a ou 2b ;- Figure 3a shows, by way of illustration, a sectional view, along the same section plane P shown in Figure 2a, of an antenna equivalent to that shown in Figure 2a or 2b;
- la figure 3b représente un diagramme comparatif des coefficients de transmission en fonction de la fréquence d'une antenne de l'art antérieur illustrée par la demande de brevet français 2 801 428 précitée, courbe A, respectivement d'une antenne conforme à l'objet de la présente invention telle que représentée en figure 2a, 2b ou 3a, courbe B ;- Figure 3b shows a comparative diagram of the transmission coefficients as a function of the frequency of an antenna of the prior art illustrated by the aforementioned French patent application 2 801 428, curve A, respectively of an antenna conforming to the object of the present invention as shown in Figure 2a, 2b or 3a, curve B;
- la figure 4 représente, à titre illustratif, un diagramme des formes d'ondes engendrées dans la cavité résonnante à fuites constitutive de l'antenne à large bande ou multi-bandes, objet de la présente invention dans ses deux modes de mise en œuvre, selon les figures 2a, 2b et 3a ;- Figure 4 shows, by way of illustration, a diagram of the waveforms generated in the resonant leakage cavity constituting the broadband or multi-band antenna, object of the present invention in its two modes of implementation , according to Figures 2a, 2b and 3a;
- la figure 5 représente un réseau d'antennes mis en œuvre à partir d'une antenne selon l'invention.- Figure 5 shows an antenna array implemented from an antenna according to the invention.
Une description plus détaillée d'une antenne à large bande ou multibandes, conforme à l'objet de la présente invention, sera maintenant donnée en liaison avec les figures 2a-2b et les figures suivantes.A more detailed description of a broadband or multiband antenna, in accordance with the object of the present invention, will now be given in conjunction with FIGS. 2a-2b and the following figures.
En référence à la figure 2a, on indique que l'antenne à large bande, objet de la présente .invention, comporte au moins un plan constituant un réflecteur, noté R, ce plan pouvant être constitué par une plaque métallique par exemple.With reference to FIG. 2a, it is indicated that the broadband antenna, object of the present invention, comprises at least one plane constituting a reflector, denoted R, this plane possibly being constituted by a metal plate for example.
En outre, au voisinage du plan réflecteur R, est prévu au moins un élément rayonnant en émission/réception noté ER. On indique, à titre d'exemple non limitatif, que l'élément rayonnant ER peut être constitué par un dipôle rayonnant, une fente rayonnante, une sonde ou un patch rayonnant par exemple. Alors que dans le mode de réalisation tel que représenté en figure 2a un seul élément rayonnant ER est représenté, on indique que l'antenne à large bande, objet de la présente invention, peut comporter une pluralité d'éléments rayonnants ER non représentés au dessin.In addition, in the vicinity of the reflective plane R, at least one radiating element in transmission / reception noted ER is provided. It is indicated, by way of nonlimiting example, that the radiating element ER can be constituted by a radiating dipole, a radiating slot, a probe or a radiating patch for example. While in the embodiment as shown in Figure 2a a single radiating element ER is shown, it is indicated that the broadband antenna, object of the present invention, may comprise a plurality of radiating elements ER not shown in the drawing.
En outre, ainsi que représenté en figure 2a, l'antenne à large bande ou multi-bandes, objet de l'invention, comporte, disposé en superposition au plan constituant le réflecteur R et à cet ou à ces éléments rayonnants ER, un assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut. Par assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut, on entend une pluralité d'éléments constitués par des lames ou structures de matériau diélectrique par exemple, notées LD, ces éléments, formant des groupements ou motifs, étant empilés dans la direction perpendiculaire au plan réflecteur R et séparés, chacun, par un autre matériau diélectrique, par exemple, par une lame d'air, de l'alumine ou autre.In addition, as shown in FIG. 2a, the broadband or multi-band antenna, object of the invention, comprises, arranged superimposed on the plane constituting the reflector R and on this or these radiating elements ER, an assembly BIP material elements failing. By assembling elements of BIP material, failing this, is meant a plurality of elements constituted by blades or structures of dielectric material for example, denoted LD, these elements, forming groups or patterns, being stacked in the direction perpendicular to the plane reflector R and separated, each by another dielectric material, for example, by an air space, alumina or the like.
Chaque lame de matériau diélectrique LD est sensiblement plane, et chaque élément de matériau BIP à défaut est parallèle au plan constituant le réflecteur R. En outre, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'antenne à large bande conforme à l'objet de la présente invention, l'une au moins des caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et/ou d'épaisseur, notée e, dans la direction perpendiculaire au plan constituant le réflecteur R est sensiblement différente, d'un élément de matériau BIP à défaut à l'autre.Each strip of dielectric material LD is substantially planar, and each element of failing BIP material is parallel to the plane constituting the reflector R. In addition, according to a particularly advantageous characteristic of the broadband antenna conforming to the object of the present invention, at least one of the characteristics of magnetic permeability, dielectric permittivity and / or thickness, denoted e, in the direction perpendicular to the plane constituting the reflector R is substantially different, from an element of BIP material failing to the other.
Dans ces conditions, l'ensemble formé par le plan constituant le réflecteur R et l'assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut forme une cavité résonnante à fuites dans les conditions qui seront explicitées ci-après dans la description. En particulier, en référence à la figure 2a et à la figure 2b, on indique que chaque lame de matériau diélectrique LD peut présenter une valeur de permittivité diélectrique, de perméabilité magnétique ou une épaisseur e différente, d'un élément de matériau BIP à défaut à l'autre, dans les conditions qui seront explicitées ci-après dans la description. La figure 2b représente une vue en coupe selon le plan de coupe P de la figure 2a de l'antenne à large bande, objet de l'invention, représentée sur la figure précitée. Dans ces conditions, on désigne par λ'g la longueur d'onde du signal radioélectrique guidé lorsque le milieu de propagation est constitué par le matériau, tel qu'un matériau diélectrique, de chacune des lames LD respectivement par λg la longueur d'onde du signal radioélectrique guidé par les intervalles séparant les lames LD et les éléments de matériau BIP à défaut, c'est-à-dire dans un mode de réalisation non limitatif par les lames d'air ou d'alumine séparant les lames LD représentées en figure 2a et en figure 2b.Under these conditions, the assembly formed by the plane constituting the reflector R and the assembly of elements of BIP material failing this forms a resonant cavity with leaks under the conditions which will be explained below in the description. In particular, with reference to FIG. 2a and to FIG. 2b, it is indicated that each plate of dielectric material LD can have a value of dielectric permittivity, magnetic permeability or a different thickness e, of an element of BIP material failing this. to the other, under the conditions which will be explained below in the description. 2b shows a sectional view along the section plane P of Figure 2a of the broadband antenna, object of the invention, shown in the above figure. Under these conditions, we denote by λ ' g the wavelength of the radio signal guided when the propagation medium consists of the material, such as a dielectric material, of each of the blades LD respectively by λ g the length of wave of the radio signal guided by the intervals separating the LD blades and the elements of failing BIP material, that is to say in a nonlimiting embodiment by the air or alumina blades separating the LD blades represented in Figure 2a and in Figure 2b.
Dans ces conditions, la notation λg désigne également la longueur d'onde du signal radioélectrique guidé se propageant entre le plan formant réflecteur R et la première lame de matériau diélectrique LD placée en vis-à-vis de ce dernier.Under these conditions, the notation λ g also designates the wavelength of the guided radio signal propagating between the plane forming a reflector R and the first strip of dielectric material LD placed opposite the latter.
Sur la figure 2b, on a en particulier représenté un repère orthonormé permettant d'assurer un repérage de l'ensemble des éléments constitutifs de l'antenne à large bande objet de la présente invention. Dans ces conditions et par définition, le plan réflecteur R est à la cote 0 dans la direction Oz, les lames LD étant superposées successivement dans la direction précitée et le plan de coupe P est parallèle au plan Ox, Oz. La direction Oy est orthogonale au plan Ox, Oz précité.In FIG. 2b, an orthonormal reference has been shown in particular making it possible to identify all of the constituent elements of the broadband antenna which is the subject of the present invention. Under these conditions and by definition, the reflective plane R is at dimension 0 in the direction Oz, the blades LD being superposed successively in the aforementioned direction and the cutting plane P is parallel to the plane Ox, Oz. The direction Oy is orthogonal to the plane Ox, Oz mentioned above.
Un mode de mise en œuvre particulier non limitatif de l'antenne à large bande objet de la présente invention sera maintenant décrit en liaison avec la figure 2b dans un cas particulièrement simple et simplifié où l'assemblage d'éléments en matériau BIP à défaut et les lames en matériau LD sont constitués par des lames en un même matériau diélectrique par exemple, lesquelles, dans ces conditions, présentent des caractéristiques de permittivité diélectrique respectivement de perméabilité magnétique sensiblement identiques d'une lame de matériau diélectrique à l'autre et d'un élément en matériau BIP à défaut à l'autre.A particular non-limiting mode of implementation of the broadband antenna which is the subject of the present invention will now be described in connection with FIG. 2b in a particularly simple and simplified case where the assembly of elements in BIP material failing this and the blades of LD material consist of blades of the same dielectric material for example, which, under these conditions, have characteristics of dielectric permittivity respectively of magnetic permeability substantially identical from one blade of dielectric material to another and of one element in BIP material failing the other.
Dans ces conditions, en référence à la figure 2b, on indique que chaque lame de matériau diélectrique LD présente avantageusement une épaisseur constituant une fonction non décroissante par valeurs discrètes de la distance de la lame de matériau diélectrique considérée au plan constituant le réflecteur R. Ainsi que représenté sur la figure 2b, chaque lame de matériau diélectrique formant l'assemblage est espacée d'une lame diélectrique voisine d'une même distance égale à λg/4 où λg désigne la longueur d'onde guidée associée au matériau séparant chaque lame de matériau diélectrique LD. Dans le mode de réalisation de la figure 2a, par exemple, λg désigne la longueur d'onde guidée associée à l'air ou à l'alumine séparant chaque lame de matériau diélectrique LD.Under these conditions, with reference to FIG. 2b, it is indicated that each strip of dielectric material LD advantageously has a thickness constituting a non-decreasing function by discrete values of the distance of the strip of dielectric material considered from the plane constituting the reflector R. As shown in FIG. 2b, each strip of dielectric material forming the assembly is spaced from a neighboring dielectric strip by the same distance equal to λ g / 4 where λ g denotes the guided wavelength associated with the separating material each blade of LD dielectric material. In the embodiment of FIG. 2a, for example, λ g denotes the guided wavelength associated with the air or with the alumina separating each plate of dielectric material LD.
De la même façon, ainsi que représenté de manière détaillée sur la figure 2b, la première lame de matériau diélectrique LD en vis-à-vis du plan constituant le réflecteur R et voisine de ce plan est placée à une distance de ce dernier égale à λg/2, λg désignant de la même manière la longueur d'onde guidée associée au matériau séparant la première lame de matériau diélectrique LD du plan constituant réflecteur R. De la même façon que précédemment, λg désigne ainsi la longueur d'onde guidée du signal radioélectrique lorsque ce dernier se propage dans l'air ou l'alumine dans l'exemple de mise en œuvre non limitatif correspondant à la figure 2a ou 2b.Likewise, as shown in detail in FIG. 2b, the first strip of dielectric material LD facing the plane constituting the reflector R and adjacent to this plane is placed at a distance from this plane equal to λ g / 2, λ g denoting in the same way the guided wavelength associated with the material separating the first strip of dielectric material LD from the plane constituting the reflector R. In the same way as before, λ g thus denotes the length of guided wave of the radio signal when the latter is propagated in air or alumina in the example of nonlimiting implementation corresponding to FIG. 2a or 2b.
En outre, ainsi qu'il apparaît de manière détaillée à l'observation de la figure 2b, et ce afin de constituer la cavité résonnante à fuites précédemment mentionnée dans la description, on indique qu'une pluralité de lames de matériau diélectrique successives LD présente une même épaisseur, cette épaisseur étant sensiblement égale à une fraction de la longueur d'onde guidée associée à ce matériau diélectrique pour constituer un groupement de lames de matériau diélectrique successives. La cavité résonnante apparaît ainsi constituée par une pluralité de groupements de lames de matériau diélectrique successives formés chacun par un élément de matériau BIP à défaut, les différents groupements étant couplés mutuellement par leur zone de défaut pour constituer la cavité résonnante à fuite résultante.In addition, as it appears in detail in the observation of FIG. 2b, and this in order to constitute the resonant leak cavity previously mentioned in the description, it is indicated that a plurality of blades of successive dielectric material LD present the same thickness, this thickness being substantially equal to a fraction of the guided wavelength associated with this dielectric material to form a group of successive dielectric material blades. The resonant cavity thus appears to be constituted by a plurality of groups of blades of successive dielectric material each formed by an element of defective BIP material, the different groups being mutually coupled by their fault zone to constitute the resonant cavity with resulting leakage.
Ainsi, sur la figure 2b, notamment, λ'g désigne la longueur d'onde du signal radioélectrique guidé se propageant dans chaque lame de matériau diélectrique LD.Thus, in FIG. 2b, in particular, λ ' g denotes the wavelength of the guided radio signal propagating in each plate of dielectric material LD.
En outre, ainsi qu'on l'observera sur la figure 2b notamment, deux groupements successifs de lames de matériau diélectrique notés respectivement d et G2 et superposés dans la direction perpendiculaire au plan constituant le réflecteur R, c'est-à-dire dans la direction Oz, sont constitués par des lames de matériau diélectrique d'épaisseur croissante en fonction du rang de superposition des groupements précités.In addition, as will be observed in FIG. 2b in particular, two successive groupings of blades of dielectric material denoted respectively d and G 2 and superimposed in the direction perpendicular to the plane constituting the reflector R, that is to say in the direction Oz, are formed by strips of dielectric material of increasing thickness as a function of the superposition rank of the above-mentioned groups.
Sur la figure 2b, on a ainsi représenté, de même que sur la figure 2a, les groupements de lames G-i et G2, chaque groupement, à titre d'exemple non limitatif, étant constitué par deux lames parallèles de même épaisseur, respectivement e-i et e2.In FIG. 2b, the groups of blades Gi and G 2 have thus been represented, as in FIG. 2a, each group, by way of nonlimiting example, being constituted by two parallel blades of the same thickness, respectively ei and e 2 .
Dans le cas du groupement de lames de matériau diélectrique G1 , celui-ci est constitué par des lames de même épaisseur e1 = λ'g/4, alors que, dans le cas du groupement de lames du matériau diélectrique G2, chaque lame constitutive du groupement G2 est constitué par une lame de même matériau diélectrique d'épaisseur e2= λ'g/2.In the case of the group of blades of dielectric material G1, this consists of blades of the same thickness e1 = λ ' g / 4, whereas, in the case of the group of blades of the dielectric material G 2 , each constituent blade of the group G 2 is constituted by a strip of the same dielectric material of thickness e2 = λ ' g / 2.
Enfin, et dans un mode de réalisation préférentiel, on indique que l'épaisseur βj des lames de matériau diélectrique LD constitutives de chaque groupement Gj de lames de matériau diélectrique est en progression géométrique de raison q dans la direction de superposition des groupements Gj successifs.Finally, and in a preferred embodiment, it is indicated that the thickness βj of the blades of dielectric material LD constituting each group Gj of blades of dielectric material is in geometric progression by reason q in the direction of superposition of the successive groups Gj.
Dans le mode de réalisation non limitatif de la figure 2b, le nombre de groupements superposés est égal à 2, afin de ne pas surcharger le dessin, et la raison de la progression géométrique est également prise égale à 2. Ces valeurs ne sont pas limitatives.In the nonlimiting embodiment of FIG. 2b, the number of superimposed groupings is equal to 2, so as not to overload the drawing, and the reason for the geometric progression is also taken equal to 2. These values are not limiting .
En outre, et de manière non limitative, on indique que l'assemblage des éléments de matériau BIP à défaut peut être formé par une structure répétitive périodique des caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et d'épaisseur des lames de matériau dans une, deux ou trois directions, une direction perpendiculaire et une ou deux directions parallèles au plan constituant le réflecteur, ainsi qu'il sera décrit ci-après dans la description.In addition, and in a nonlimiting manner, it is indicated that the assembly of the elements of failing BIP material can be formed by a periodic repeating structure of the characteristics of magnetic permeability, dielectric permittivity and thickness of the material blades in one, two or three directions, a perpendicular direction and one or two directions parallel to the plane constituting the reflector, as will be described below in the description.
Ainsi, on comprend que la superposition des groupements Gj constitue une répétition de motifs de caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et d'épaisseur différentes, cette répétition pouvant être périodique.Thus, it is understood that the superposition of the groups Gj constitutes a repetition of patterns of characteristics of magnetic permeability, of dielectric permittivity and of different thickness, this repetition being able to be periodic.
Une description plus détaillée d'une antenne de structure différente de celle représentée en figure 2a et 2b satisfaisant aux critères d'antenne à large bande ou multi-bandes, conformément à l'objet de la présente invention, mais présentant radioélectriquement un mode opératoire équivalent, sera maintenant donnée en liaison avec la figure 3a.A more detailed description of an antenna with a structure different from that shown in FIG. 2a and 2b satisfying the broad antenna criteria band or multi-band, in accordance with the object of the present invention, but having radioelectrically an equivalent operating mode, will now be given in connection with FIG. 3a.
La structure de l'antenne à large bande ou multi-bandes conforme à l'objet de la présente invention, telle que représentée en figure 3a, est mise en œuvre à partir de la remarque préliminaire selon laquelle l'amplitude du champ électrique au voisinage du plan constituant le réflecteur R est sensiblement nulle en raison du principe de réflexion métallique des champs électriques au voisinage de la surface d'un réflecteur métallique. En conséquence, ainsi que représenté en figure 3a, la structure de l'antenne à large bande ou multi-bandes, conforme à l'objet de la présente invention, est obtenue en supprimant le plan constituant le réflecteur R et en remplaçant ce dernier par un autre assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut symétrique, les lames de matériau diélectrique constitutives de l'autre assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut symétrique, en raison de la symétrie précitée, étant notées LDS sur la figure 3a. La symétrie s'entend, bien entendu, par rapport à l'élément rayonnant ER ou par rapport à l'ensemble des éléments rayonnants ER en émission/réception et par rapport au plan médian matérialisant l'emplacement du plan constituant réflecteur supprimé R. Pour cette raison, et en raison de la symétrie par rapport à l'emplacement précité, les groupements de l'autre assemblage de lames de matériau diélectrique LDS sont désignés G-ιs, respectivement G2s en référence à la figure 2b.The structure of the broadband or multi-band antenna in accordance with the subject of the present invention, as shown in FIG. 3a, is implemented on the basis of the preliminary remark according to which the amplitude of the electric field in the vicinity of the plane constituting the reflector R is substantially zero due to the principle of metallic reflection of the electric fields in the vicinity of the surface of a metallic reflector. Consequently, as shown in FIG. 3a, the structure of the broadband or multi-band antenna, in accordance with the object of the present invention, is obtained by eliminating the plane constituting the reflector R and by replacing the latter with another assembly of elements of BIP material with symmetrical defect, the blades of dielectric material constituting the other assembly of elements of BIP material with symmetrical defect, due to the aforementioned symmetry, being denoted LD S in FIG. 3a. Symmetry is understood, of course, with respect to the radiating element ER or with respect to all of the radiating elements ER in transmission / reception and with respect to the median plane materializing the location of the plane constituting the removed reflector R. For this reason, and due to the symmetry with respect to the aforementioned location, the groups of the other assembly of blades of dielectric material LD S are designated G-ι s , respectively G 2s with reference to FIG. 2b.
La figure 3b représente un diagramme des coefficients de transmission exprimés en dB en fonction de la fréquence pour une antenne à large bande conforme à l'objet de la présente invention telle que représentée en figure 2a, 2b ou 3a, courbe B, en comparaison d'une antenne de l'art antérieur telle que décrite dans la demande de brevet français précédemment citée dans la description, courbe A. A partir de la comparaison des courbes précitées, on constate un accroissement important de la bande passante lorsque la structure d'antenne conforme à l'objet de la présente invention est mise en œuvre. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, toutes choses égales par ailleurs, pour une atténuation de 6dB par rapport à la fréquence centrale à 14 Ghz, on constate que la bande passante, lorsque la structure d'antenne à large bande conforme à l'objet de la présente invention est mise en œuvre, est au moins deux fois plus importante que la largeur de bande correspondante à la même fréquence et pour une valeur d'atténuation de 6dB, lorsqu'une structure d'antenne de type classique est mise en œuvre.FIG. 3b represents a diagram of the transmission coefficients expressed in dB as a function of the frequency for a broadband antenna conforming to the object of the present invention as represented in FIG. 2a, 2b or 3a, curve B, in comparison with FIG. an antenna of the prior art as described in the French patent application previously cited in the description, curve A. From the comparison of the above-mentioned curves, there is a significant increase in the bandwidth when the antenna structure in accordance with the object of the present invention is implemented. Thus, by way of nonlimiting example, all other things being equal, for an attenuation of 6 dB relative to the central frequency at 14 GHz, it can be seen that the bandwidth, when the broadband antenna structure conforms to the object of the present invention is implemented, is at least twice as large as the bandwidth corresponding to the same frequency and for an attenuation value of 6dB, when an antenna structure of conventional type is used implemented.
La figure 4 montre enfin les formes d'ondes obtenues lors de la mise en œuvre d'une antenne à large bande conforme à l'objet de la présente invention par exemple dans le cas de la figure 3a, les formes d'ondes précitées étant représentées par l'amplitude du champ électrique | E | respectivement la valeur de la partie réelle de ce champ E dans les différentes zones entre lames de matériau diélectrique constitutives de la structure précitée.FIG. 4 finally shows the waveforms obtained during the implementation of a broadband antenna in accordance with the object of the present invention, for example in the case of FIG. 3a, the aforementioned waveforms being represented by the amplitude of the electric field | E | respectively the value of the real part of this field E in the different zones between strips of dielectric material constituting the aforementioned structure.
On comprend bien entendu, en raison de la condition selon laquelle à la cote z=0 l'amplitude du champ électrique est sensiblement nulle, que la forme d'onde correspondant à la mise en œuvre de l'antenne à large bande ou multibandes objet de la présente invention telle que représentée en figure 2a ou 2b, correspond bien entendu à la partie supérieure de la figure 4 pour laquelle la cote z est supérieure à 0. On constate ainsi que la structure d'antenne à large bande ou multibandes, conforme à l'objet de la présente invention, présente une symétrie d'un point de vue géométrique mais une antisymétrie au point de vue de la répartition du champ électrique par rapport à la cote z=0.It is understood of course, due to the condition that at the level z = 0 the amplitude of the electric field is substantially zero, that the waveform corresponding to the implementation of the broadband or multiband object antenna of the present invention as shown in FIG. 2a or 2b, of course corresponds to the upper part of FIG. 4 for which the dimension z is greater than 0. It can thus be seen that the structure of broadband or multiband antenna conforms to the object of the present invention, has symmetry from a geometric point of view but an antisymmetry from the point of view of the distribution of the electric field with respect to the dimension z = 0.
D'une manière générale, on indique que la structure d'antenne à large bande ou multi-bandes décrite conformément à l'objet de la présente invention dans la présente description, n'est pas limitée au mode de réalisation décrit en liaison avec les figures 2a, 2b et 3a par exemple. En effet, alors que ces structures présentent une direction de répétition de motif unique, telle que représentée en figures 2b ou 3a par exemple, dans la direction Oz, il est bien entendu possible de prévoir deux directions de répétition et même trois directions de répétition dans les directions Oy et Ox du repère représenté en figure 2b, 3a et 4 par exemple. Enfin, il est possible de remplacer les lames d'air séparant les lames de matériau diélectrique LD par des lames diélectriques de nature différente ou, le cas échéant, de remplacer les lames de matériau par des matériaux présentant des motifs répétitifs également suivant les directions x ou y, outre la direction z représentée en figure 2a, 2b, 3a et 4.In general, it is indicated that the broadband or multi-band antenna structure described in accordance with the object of the present invention in the present description, is not limited to the embodiment described in connection with the Figures 2a, 2b and 3a for example. Indeed, while these structures have a repeating direction of a single pattern, as shown in FIGS. 2b or 3a for example, in the direction Oz, it is of course possible to provide two repeating directions and even three repeating directions in the directions Oy and Ox of the reference shown in FIG. 2b, 3a and 4 for example. Finally, it is possible to replace the air knives separating the blades of LD dielectric material by dielectric blades of different nature or, if necessary, to replace the material blades with materials having repeating patterns also in the directions x or y, in addition to the direction z shown in FIG. 2a, 2b, 3a and 4.
De même, les éléments de matériau BIP à défaut constituant les groupements ou motifs superposés peuvent comporter des lames ou éléments métalliques ou en matériau magnétique par exemple.Likewise, the elements of BIP material, failing this, constituting the superimposed groupings or patterns may include blades or elements of metal or of magnetic material for example.
Pour cette raison, dans les figures précitées, le repère orthonormé est désigné Oxyz, Ozxy, Oyzx pour tenir compte de la réalisation des motifs répétitifs dans l'une, dans deux ou dans les trois directions.For this reason, in the aforementioned figures, the orthonormal coordinate system is designated Oxyz, Ozxy, Oyzx to take account of the production of repeating patterns in one, in two or in three directions.
En ce qui concerne la mise en œuvre de motifs répétitifs dans une, dans deux ou dans trois directions ou selon une combinaison de structures de périodicité unidirectionnelle, bidirectionnelle ou tridirectionnelle vis à vis du plan réflecteur, on pourra utilement se reporter à la demande de brevet français précitée 2 801 428, en particulier aux figures 3, 4 et 5 respectivement de celle- ci. L'introduction d'un défaut pour chacune des structures correspondantes précitées consiste alors à supprimer en zone centrale, une lame, une rangée et deux rangées respectivement. En outre, pour réaliser une antenne multi-bandes conforme à l'objet de la présente invention, l'assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut est configuré de manière à présenter une structure de répétition de groupements G, dont les caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité magnétique et/ou d'épaisseur sont sensiblement discontinues. L'introduction d'une telle discontinuité permet d'engendrer par couplage mutuel de la zone de défaut des éléments de matériau BIP à défaut une pluralité de bandes passantes disjointes.With regard to the implementation of repeating patterns in one, in two or in three directions or according to a combination of structures of unidirectional, bidirectional or tridirectional periodicity with respect to the reflective plane, reference may usefully be made to the patent application. French supra 2,801,428, in particular to Figures 3, 4 and 5 respectively thereof. The introduction of a defect for each of the aforementioned corresponding structures then consists in removing in the central zone, a strip, a row and two rows respectively. In addition, to produce a multi-band antenna in accordance with the object of the present invention, the assembly of elements of failing BIP material is configured so as to present a repetition structure of groupings G, whose permeability characteristics magnetic, magnetic permittivity and / or thickness are substantially discontinuous. The introduction of such a discontinuity makes it possible to generate, by mutual coupling of the fault zone of the BIP material elements, failing this, a plurality of disjoint passbands.
Enfin, la structure d'antenne conforme à l'objet de la présente invention permet de mettre en œuvre un réseau d'antennes. Ainsi que représenté en figure 5, le réseau d'antennes obtenu comporte une antenne conforme à l'objet de l'invention telle que décrite précédemment dans la description dans laquelle une pluralité d'éléments en émission/réception ERj;k sont répartis périodiquement au voisinage du plan réflecteur R. Les éléments rayonnants ERj;k peuvent être identiques. Le dimensionnement du réseau et le nombre J,K d'éléments rayonnants dans les deux directions de répartition de ces derniers sont choisis en fonction de l'application ou de l'utilisation du réseau. De tels réseaux trouvent application aux télécommunications point à point et point multipoints.Finally, the antenna structure in accordance with the object of the present invention makes it possible to implement an antenna array. As shown in FIG. 5, the antenna array obtained comprises an antenna conforming to the object of the invention as described previously in the description in which a plurality of elements in transmission / reception ERj ; k are distributed periodically at neighborhood of the reflector plane R. The radiating elements ERj; k can be identical. The dimensioning of the network and the number J, K of radiating elements in the two directions of distribution of the latter are chosen according to the application or the use of the network. Such networks find application in point-to-point and point-to-point telecommunications.
On a ainsi décrit une nouvelle structure d'antenne à large bande ou multibandes, laquelle possède des propriétés particulièrement intéressantes en termes de bande passante tout en conservant les propriétés de rayonnement et d'encombrement de la structure d'antenne de l'art antérieur, telle que mentionnée précédemment.A new broadband or multiband antenna structure has thus been described, which has particularly advantageous properties in terms of bandwidth while retaining the radiation and bulk properties of the antenna structure of the prior art, as previously mentioned.
En particulier, la structure d'antenne à large bande ou multi-bandes objet de la présente invention forme une cavité à fuites dont la fréquence de fonctionnement est principalement fixée par la dimension de superposition de l'arrangement d'éléments de matériau BIP à défaut. Les résultats obtenus ont montré la mise en évidence d'un doublement de la bande passante par rapport au dispositif de l'art antérieur précédemment décrit.In particular, the broadband or multi-band antenna structure which is the subject of the present invention forms a leakage cavity, the operating frequency of which is mainly fixed by the superimposition dimension of the arrangement of elements of BIP material, failing this. . The results obtained have shown a doubling of the bandwidth compared to the device of the prior art described above.
La structure d'antenne à large bande ou multi-bandes conforme à l'objet de la présente invention permet de lever une des limites d'utilisation des matériaux BIP pour la réalisation de dispositifs rayonnants. The broadband or multi-band antenna structure in accordance with the object of the present invention makes it possible to remove one of the limits of use of BIP materials for the production of radiating devices.

Claims

REVENDICATIONS
1. Antenne à large bande ou multi-bandes, comportant un plan, constituant réflecteur, et, au voisinage dudit plan constituant réflecteur, au moins un élément rayonnant en émission/réception, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, disposé sensiblement en superposition audit plan constituant réflecteur et à cet élément rayonnant, un assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut, chaque élément de matériau BIP à défaut sensiblement plan étant parallèle audit plan constituant réflecteur et dont l'une au moins des caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et/ou d'épaisseur dans la direction perpendiculaire audit plan constituant réflecteur est sensiblement différente d'un élément de matériau BIP à défaut à l'autre, l'ensemble formé par le plan constituant réflecteur et l'assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut formant une cavité résonnante à fuites. 1. Broadband or multi-band antenna, comprising a plane constituting a reflector, and, in the vicinity of said plane constituting a reflector, at least one radiating element in transmission / reception, characterized in that it further comprises, arranged substantially in superimposition on said plane constituting a reflector and with this radiating element, an assembly of elements of BIP material failing this, each element of BIP material failing substantially planar being parallel to said plane constituting reflector and of which at least one of the magnetic permeability characteristics, of dielectric permittivity and / or thickness in the direction perpendicular to said plane constituting the reflector is substantially different from one element of BIP material failing the other, the assembly formed by the plane constituting the reflector and the assembly of elements failing BIP material forming a resonant cavity with leaks.
2. Antenne selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit assemblage est formé d'éléments de matériau BIP à défaut, chaque élément étant une structure périodique par ses caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et d'épaisseur dans une direction perpendiculaire audit plan constituant réflecteur. 2. Antenna according to claim 1, characterized in that said assembly is formed of elements of BIP material failing this, each element being a periodic structure by its characteristics of magnetic permeability, dielectric permittivity and thickness in a direction perpendicular to said reflecting plane.
3. Antenne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit assemblage est formé d'éléments de matériau BIP à défaut, chaque élément étant une structure périodique par ses caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et d'épaisseur dans au moins deux directions, une direction perpendiculaire et une direction parallèle audit plan constituant réflecteur.3. Antenna according to one of claims 1 or 2, characterized in that said assembly is formed of elements of BIP material failing this, each element being a periodic structure by its characteristics of magnetic permeability, dielectric permittivity and thickness in at least two directions, a direction perpendicular and a direction parallel to said plane constituting the reflector.
4. Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit assemblage est formé d'éléments de matériau BIP à défaut, chaque élément étant une structure périodique par ses caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et d'épaisseur dans trois directions, une direction étant perpendiculaire et deux autres directions étant parallèles audit plan constituant réflecteur. 4. Antenna according to one of claims 1 to 3, characterized in that said assembly is formed of elements of BIP material failing this, each element being a periodic structure by its characteristics of magnetic permeability, dielectric permittivity and thickness in three directions, one direction being perpendicular and two other directions being parallel to said plane constituting a reflector.
5. Antenne selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que celle-ci comporte un assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut agencé selon une combinaison de structures de périodicité unidirectionnelle, bidirectionnelle ou unidirectionnelle vis à vis dudit plan réflecteur. 5. Antenna according to one of Claims 2 to 4, characterized in that it comprises an assembly of defective PFB material elements arranged in a combination of unidirectional periodicity structures, or bidirectional u n idirectionnelle overlooked said reflective plane.
6. Antenne selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque élément de matériau BIP à défaut étant constitué par des lames en un même matériau de caractéristique de permittivité diélectrique respectivement de perméabilité magnétique sensiblement identique, chaque lame en un même matériau présente une épaisseur fonction non décroissante, par valeurs discrètes, de la distance de la lame audit plan constituant réflecteur.6. Antenna according to one of claims 1 to 5, characterized in that each element of BIP material failing this being constituted by blades of the same material with dielectric permittivity characteristic respectively of substantially identical magnetic permeability, each blade in one material has a non-decreasing function thickness, by discrete values, of the distance from the plate to said plane constituting a reflector.
7. Antenne selon Tune des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chaque lame en un même matériau formant ledit élément de matériau BIP à défaut est espacée d'une lame voisine, dans une direction perpendiculaire audit plan réflecteur, d'une même distance sensiblement égale à λg/4 où λg désigne la longueur d'onde guidée associée au matériau séparant chaque lame en un même matériau.7. Antenna according to one of claims 1 to 6, characterized in that each strip of the same material forming said element of BIP material, failing this, is spaced from a neighboring strip, in a direction perpendicular to said reflecting plane, by the same distance substantially equal to λ g / 4 where λ g denotes the guided wavelength associated with the material separating each plate in the same material.
8. Antenne selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la première lame formant un élément de matériau BIP à défaut voisine dudit plan constituant réflecteur est placée à une distance dudit plan sensiblement égale à λg/2, λg désignant la longueur d'onde guidée associée au matériau séparant ladite première lame dudit plan formant réflecteur.8. Antenna according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first strip forming an element of BIP material failing which is close to said plane constituting a reflector is placed at a distance from said plane substantially equal to λ g / 2, λ g designating the guided wavelength associated with the material separating said first plate from said plane forming a reflector.
9. Antenne selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'une pluralité de lames en un même matériau successives présentent, dans une direction perpendiculaire audit plan réflecteur, une même épaisseur sensiblement égale à une fraction de la longueur d'onde guidée associée à ce matériau pour constituer un groupement de lames en un même matériau successives formant un élément de matériau BIP à défaut, deux groupements successifs de lames de matériau diélectrique superposés dans la direction perpendiculaire audit plan constituant réflecteur étant constitués par des lames de matériau diélectrique d'épaisseur croissante, en fonction du rang de superposition desdits groupements.9. Antenna according to one of claims 1 to 8, characterized in that a plurality of blades of the same successive material have, in a direction perpendicular to said reflecting plane, the same thickness substantially equal to a fraction of the length of guided wave associated with this material to constitute a group of blades of the same successive material forming an element of BIP material failing this, two successive groups of blades of dielectric material superimposed in the direction perpendicular to said plane constituting the reflector being constituted by blades of material dielectric of increasing thickness, as a function of the superposition rank of said groupings.
10. Antenne selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'épaisseur des lames en un même matériau constitutives de chaque groupement de lames en un même matériau est en progression géométrique de raison q, dans la direction de superposition desdits groupements.10. Antenna according to claim 9, characterized in that the thickness of the blades of the same material constituting each group of blades in the same material is in geometric progression of reason q, in the direction of superposition of said groupings.
11. Antenne selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que ledit plan constituant réflecteur est supprimé et remplacé par un autre assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut symétrique dudit assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut par rapport audit au moins un élément rayonnant en émission/réception et au plan médian, matérialisant l'emplacement dudit plan constituant réflecteur supprimé.11. Antenna according to one of claims 1 to 10, characterized in that said reflector constituting plane is deleted and replaced by another assembly of elements of BIP material failing symmetry of said assembly of elements of BIP material failing relative to said at least one radiating element in transmission / reception and in the median plane, materializing the location of said plane constituting a suppressed reflector.
12. Antenne selon l'une des revendications 3 à 11 , caractérisée en ce que lesdits éléments de matériau BIP à défaut comportent des parties métalliques.12. Antenna according to one of claims 3 to 11, characterized in that said elements of BIP material, failing this, comprise metal parts.
13. Antenne selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que ledit assemblage d'éléments de matériau BIP à défaut présente une structure de répétition de groupements dont les caractéristiques de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique et/ou d'épaisseur sont sensiblement discontinues, de façon à engendrer par couplage mutuel des zones de défaut des éléments de matériau BIP à défaut une pluralité de bandes passantes disjointes.13. Antenna according to one of claims 1 to 12, characterized in that said assembly of BIP material elements failing this has a repeating structure of groups whose characteristics of magnetic permeability, dielectric permittivity and / or thickness are substantially discontinuous, so as to generate by mutual coupling of the fault zones of the BIP material elements failing this, a plurality of disjoint passbands.
14. Réseau d'antennes, caractérisé en ce que celui-ci comporte une antenne selon l'une des revendications 1 à 13, ladite antenne comportant une pluralité d'éléments rayonnants en émission/réception répartis périodiquement au voisinage dudit plan réflecteur. 14. Antenna network, characterized in that it comprises an antenna according to one of claims 1 to 13, said antenna comprising a plurality of radiating elements in transmission / reception periodically distributed in the vicinity of said reflecting plane.
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