Brevet FR2775127A1 — publié le 19990820

L'invention concerne une antenne en plaque, du type comportant sur une face d'une plaque en un matériau isolant, un motif rayonnant réalisé sous forme d'un circuit imprimé, et sur l'autre face un circuit imprimé de connexion du motif rayonnant à un câble coaxial d'alimentation en énergie électrique, la plaque étant placée dans un boîtier de forme sensiblement parallélépipédique comportant des parois métalliques de fond et latérales, à une distance prédéterminée de ces parois de fond et latérales dont l'une comporte un orifice de passage du câble coaxial. Il s'est avéré que les performances normalement bonnes des antennes de ce type se dégradent lorsque l'on diminue la hauteur du boîtier, ce qui est cependant nécessaire dans de nombreux cas d'application. La présente invention a pour but de proposer une solution à ce problème. Pour atteindre ce but, l'antenne en plaque selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de compensation d'une réduction de la hauteur des parois latérales, qui sont constituées par des moyens de réduction du rayonnement parasite de l'antenne. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'antenne en plaque selon l'invention est caractérisée en ce que les bords supérieurs des parois latérales du boîtier sont repliés sensiblement perpendiculairement vers l'intérieur du boîtier. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le conducteur extérieur du câble coaxial est électriquement relié à la paroi latérale que le câble traverse. Selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, l'orifice de passage du câble coaxial se trouve dans une paroi latérale près du fond du boîtier, le câble coaxial est disposé sur le fond et son extrémité de connexion au motif rayonnant s'étend sensiblement perpendiculairement à ladite plaque à partir dudit fond du boîtier. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le boîtier est réalisé entièrement en tôle emboutie, avec les parois latérales repliées perpendiculairement au fond. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la plaque porteuse du motif rayonnant est supportée par des pattes découpées dans les parois du boîtier et repliées pour former des faces d'appui pour la plaque. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant deux modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue de dessus d'une antenne en plaque selon un premier mode de réalisation de la présente invention - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 illustre le diagramme de rayonnement de l'antenne représentée sur les figures 1 et 2 - la figure 4 est une vue du diagramme de rayonnement d'une antenne à plaque comportant un boîtier de hauteur réduite sans rabat, mais avec des moyens de mise à la masse du conducteur extérieur du câble coaxial - la figure 5 montre le diagramme de rayonnement d'une antenne de hauteur de boîtier réduite, avec rabat mais sans moyen de mise à la masse du conducteur extérieur de câble coaxial - la figure 6 est une vue de dessus d'une antenne en plaque selon un second mode de réalisation préféré de la présente invention - la figure 7 est une vue en coupe le long de la ligne VII-VII de la figure 6 - la figure 8 est une vue en coupe le long de la ligne VIII-VIII de la figure 6, et - les figures 9 et 10 montrent des diagrammes de rayonnement de l'antenne selon les figures 6 à 8 dans des plans respectivement horizontal H et vertical E. Conformément aux figures 1 et 2 et 6 à 8, une antenne selon l'invention comporte un boîtier 1 de forme générale parallélépipédique dont les parois de fond 2 et latérales 3 sont métalliques et une plaque 4 qui porte sur ses faces inférieure 5 et supérieure 6 respectivement un motif de circuit imprimé rayonnant 7 et un circuit imprimé 8 de connexion du motif rayonnant 7 à un cable coaxial 10 d'alimentation en énergie électrique de l'antenne. Comme le montre clairement la figure 1, le motif rayonnant 7 comporte quatre couronnes circulaires 12a12d qui sont juxtaposées de façon que leurs centres se trouvent sur l'axe médiane longitudinal X-X du boîtier et que les couronnes adjacentes soient en contact au niveau de leurs périphéries. Les quatres couronnes 12a-d sont groupées en deux paires de couronnes respectivement 12a, 12b et 12c, 12d. Les couronnes de chaque paire comportent dans leur zone de jonction 13 une fente étroite 14 qui traverse entièrement radialement les deux couronnes, au niveau de l'axe X-X. Chaque paire de couronnes est reliée à un endroit près de la fente 14, sensiblement au milieu de celle-ci, à travers l'épaisseur de la plaque à un conducteur imprimé 16 du circuit de connexion 8 sur l'autre face de la plaque et qui s'étend sensiblement au milieu de la couronne respectivement 12d et 12c jusqu'à la jonction en 17 des deux couronnes 12b et 12c et est reliée par un conducteur imprimé 18 au conducteur intérieur indiqué en 19 du câble coaxial 10. Dans le premier mode de réalisation de l'invention selon les figures 1 et 2, le boîtier est réalisé avantageusement en fonderie et la plaque 4 est maintenue par quatre entretoises de support 21 à une distance prédéterminée de la paroi de fond 2 du boîtier, qui sont situées au niveau des angles du motif de couronnes, et par deux entretoises 22 disposées autour de la connexion au câble coaxial 10. Conformément à l'invention, pour réduire la hauteur du boîtier, les bords supérieurs des parois latérales 3 sont rabattus perpendiculairement vers le milieu du boîtier pour former les rabats 24. Pour éviter la propagation des courants de surface dans ces conditions, le long du câble coaxial 10, le conducteur extérieur 25 du câble coaxial est électriquement relié à la paroi latérale 2 à travers laquelle passe le câble par un orifice 28, par l'intermédiaire d'une plaque 26 de recouvrement de l'orifice de passage et une bague relativement épaisse 27 qui entoure le conducteur extérieur 25. Les figures 3 à 5 montrent les effets que procurent les rabats 24 et la mise à la masse du conducteur extérieur 25 du câble coaxial. Les avantages que procure l'antenne selon l'invention, grâce aux rabats 24 et à la mise à la masse du conducteur extérieur du câble coaxial ressortent d'une comparaison des figures 3 à 5, qui représentent chacune le gain relatif G en dB en fonction de l'angle a de l'antenne selon l'invention telle que représentée sur les figures 1 et 2 et des configurations d'antenne sans rabat mais avec bague et avec rabat sans bague selon respectivement les figures 4 à 5. On constate que, grâce aux rabats et à la bague de la mise à la masse, les lobes latéraux du diagramme de rayonnement de l'antenne selon l'invention (figure 3) sont considérablement plus faibles par rapport aux antennes qui ne présentent pas les rabats ou la bague. On constate notamment, en prenant la figure 4 comme référence, que les rabats 24 permettent d'ameliorer la sélectivité de l'antenne et de réduire l'importance des lobes latéraux. La figure 5 enseigne que la bague a également un effet spécifique et important sur la directivité, le nombre et l'importance des lobes latéraux. En se référant aux figures 7 à 10, on décrira un deuxième mode de réalisation de l'invention, qui présente l'avantage de permettre une fabrication peu coûteuse de l'antenne. En effet, dans ce mode de réalisation, le boîtier est réalisé par pliage d'un pan de tôle en acier galvanisé en aluminium, la paroi latérale du boîtier étant obtenue par simple repliage vers le haut des bords du pan en forme de volets prédécoupés. La plaque 4 qui porte le circuit imprimé 8 repose sur 4 pattes de support 30 qui sont découpées dans les petites parois latérales 3 et replies horizontalement. La plaque 4 est fixée sur les pattes de toute façon appropriée en 31, par exemple par vissage ou rivetage. Une autre particularité de ce mode de réalisation réside dans le fait que le câble d'alimentation 10 traverse l'une des longues parois latérales 3 près du fond 2, s'étend sensiblement jusqu'au centre du boîtier en reposant sur le fond et est ensuite replié verticalement vers le haut pour etre connecté au motif rayonnant 8 au centre de celuici. La partie interne du câble est dénudée de façon que le conducteur extérieur 25 soit dégagé. Pour assurer la connexion du câble à la plaque 4, on a découpé dans la paroi 2 du boîtier une languette 33 qui est repliée vers le haut et dont l'extrémité est ensuite recourbée horizontalement pour obtenir une patte de support centrale d'appui 34 de la plaque et de support des moyens de fixation du câble 10 à la plaque. En effet l'extrémité verticale 35 du câble est fixée à la plaque par l'intenmédiaire d'une coupelle 36 en tôle emboutie, de toute façon appropriée, par exemple par visserie, ou avantageusement par rivetage, le conducteur extérieur 25 du câble 10 étant serti ou soudé à la coupelle. Pour maintenir le câble à l'intérieur du boîtier, au niveau du fond 2, on a découpé dans celui-ci des pattes de retenue 38 qui enserrent le conducteur extérieur 25 du câble 10. L'alimentation électrique du motif rayonnant par en-dessous permet de réduire la largeur de la plaque 4 par rapport au mode de réalisation représenté sur les figures 1 comme le montre la comparaison des figures 1 et 6. Les figures 9 et 10 montrent les performances radioélectriques que l'antenne selon le deuxième mode de réalisation de l'invention permet d'obtenir, avec un boîtier d'une longueur de 202 mm, d'une largeur de 120 mm et d'une hauteur de 21 mm, le motif rayonnant représentent ayant un diamètre de couronne extérieur de l'ordre de 46 mm. A des fréquences de fonctionnement comprises entre 1880 à 1930 MHz, l'antenne assure un gain nominal de +9 dBi + 1 dBi, une largeur de faisceau horizontal à -3dB de 400 t 3 , une largeur de faisceau vertical à -3dB de 600 t 100, une largeur de faisceau horizontal à -30dB de 1100 t 30 et une largeur de faisceau vertical à - 25dB de 1600 + 100. Le niveau des lobes secondaires dans le plan horizontal H est inférieur à -30dB (figure 9) et le niveau des lobes secondaires dans le plan vertical E est inférieur à 25dB (figure 10). Bien entendu des multiples modifications peuvent être apportées au mode de réalisation représenté sur les figures 7 et 8. Ainsi les pattes de support 30, au lieu d'être découpées dans les parois latérales peuvent aussi être réalisées en les découpant dans la paroi de fond. D'autre part, il est possible d'agencer dans le premier mode de réalisation de l'invention, le câble de la manière décrite à l'occasion du second mode de réalisation et de prévoir des rabats selon le premier mode de réalisation aussi dans le second mode de réalisation. L'effet de réduction des lobes parasites a été montré avec un circuit imprimé à quatre couronnes. Mais cette configuration des motifs n'a été donnée qu'à titre d'exemple. La réduction des lobes parasites s'obtient également avec d'autres configurations de motif. R~EVENDICATIONS 1. Antenne en plaque du type comportant sur une face d'une plaque en un matériau isolant un motif rayonnant réalisé sous forme d'un circuit imprimé, et sur l'autre face un circuit imprimé de connexion du motif rayonnant à un câble coaxial d'alimentation en énergie électrique, la plaque étant placée dans un boîtier de forme sensiblement parallélépipédique comportant des parois de fond et latérales métalliques, à une distance prédéterminée de ces parois de fond et latérales dont l'une comporte un orifice de passage du câble coaxial, caractérisée en ce quelle comporte des moyens de compensation d'une réduction de la hauteur des parois latérales (3) qui sont constituées par des moyens de réduction du rayonnement parasite de l'antenne. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bords supérieurs des parois latérales du boîtier sont repliés sensiblement perpendiculairement en (24) vers l'intérieur du boîtier. 3. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le conducteur extérieur (25) du câble coaxial (10) est électriquement relié à la paroi latérale (3) que le câble traverse. 4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que le câble coaxial (10) passe à travers un orifice pratiqué dans la paroi latérale (3) du boîtier, que cet orifice est recouvert par une plaque métallique (26), fixé sur la face intérieure de la paroi (3) et en ce qu'une bague relativement épaisse (27) entoure le conducteur extérieur (25) du câble et est relié électriquement à ce conducteur et à la paroi latérale (3) par l'intermédiaire de la plaque de recouvrement (26). 5. Antenne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'orifice de passage du câble (10) est situé dans une paroi latérale (3) près du fond (2) de celui-ci et en ce que le câble (10) est relié au motif rayonnant (8) par en-dessous de la plaque (4) porteuse de ce motif. 6. Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que le boîtier est réalisé entièrement en tôle emboutie, avec les parois latérales (3) formées par des volets repliés perpendiculairement au fond (2). 7. Antenne selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plaque (4) porteuse du motif rayonnant (8) repose sur des pattes de support (30, 33) obtenues par découpe dans la tôle constituant le boîtier. 8. Antenne selon la revendication 7, caractérisé en ce que la plaque (4) repose sur quatre pattes (30) découpées dans deux parois latérales (3) opposées du boîtier. 9. Antenne selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce qu'une languette (33) est découpée dans la paroi de fond (2) du boîtier et repliée de façon à former une patte centrale (35) d'appui de la plaque et de support des moyens de fixation (36) du câble (10) à la plaque (4). 10. Antenne selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de fixation comprennent une coupelle (36) fixée avantageusement par rivetage à la plaque et en ce que le conducteur extérieur (25) du câble (10) est relié à la coupelle. 11. Antenne selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que le conducteur extérieur (25) du câble coaxial (10) est dégagé à l'intérieur du boîtier et enserré entre des pattes de retenue (38) découpées dans la paroi de fond (2) du boîtier. 12. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier présente une longueur de l'ordre de 202 mm, une largeur de l'ordre de 120 mm et une hauteur de l'ordre de 21 mm. 13. Antenne selon la revendication 11, caractérisé en ce que, à des fréquences de fonctionnement comprises entre 1880 et 1930 MHz, le diagramme de rayonnement de l'antenne comporte des lobes secondaires dans le plan H inférieures à -30dB et dans le plan V inférieures a -25dB.