Brevet FR2843237A1 — publié le 20040206

La présente invention concerne une antenne large bande, plus particulièrement une antenne destinée à la réception numérique terrestre pour applications portables. Elle concerne aussi différents procédés de fabrication. La télévision numérique terrestre va remplacer progressivement la télévision analogique. L'un des enjeux majeurs de cette transition est de proposer une réception de qualité, même à l'intérieur des maisons ou des appartements. Cet enjeu entraîne des contraintes sur la taille de l'antenne de réception qui doit être relativement compacte et légère. D'autre part, la norme utilisée dans le cadre de la télévision numérique terrestre est en Europe la norme DVB-T. Cette norme prévoit l'utilisation de tous les canaux dans la bande UHF, à savoir la bande comprise entre 470 MHz et 862 MHz. En conséquence, l'antenne utilisée pour la télévision numérique terrestre devra avoir de bonnes performances sur une large bande de fréquences. Les contraintes mentionnées ci-dessus orientent naturellement le choix de l'élément rayonnant vers une antenne à ondes progressives. Il existe dans la technique connue de nombreuses topologies envisageables. Ainsi, l'antenne peut être une antenne de type Vivaldi ou une antenne spirale imprimée, etc. Toutefois, dans le cadre d'une antenne large bande pour la télévision numérique, il peut être préférable d'avoir une antenne présentant un diagramme de rayonnement omnidirecti onnel, avec une polarisation verticale. Il existe actuellement sur le marché des antennes large bande répondant à ces contraintes. Il s'agit notamment d'antennes formées d'un monopole de forme conique. Si ces antennes permettent un fonctionnement sur une bande de fréquence correspondant à la gamme UHF, elles présentent toutefois l'inconvénient d'être relativement lourdes puisque l'élément rayonnant est réalisé en un seul élément métallique. Elles sont aussi relativement encombrantes. En conséquence, la présente invention a pour objet un perfectionnement aux antennes large bande de type monopole décrites ci-dessus, qui permet d'obtenir une- antenne compacte et légère facilement réalisable par un procédé de moulage ou d'usinage d'une mousse en matière plastique. En conséquence, la présente invention a pour objet une antenne monopole large bande, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément rayonnant en forme de " calice " monté sur un support formant plan de masse, de forme annulaire. De préférence, l'élém ent en forme de calice est constitué par un substrat en matériau métallique ou métallisable pouvant être une matière plastique métallisable, un matériau quelconque métallisable ou une mousse métallisable. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le profil externe de l'élément rayonnant en forme de calice est donné par les équations suivantes: Pour 1.3 plastique métallisable ou d'un métal. La présente invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une antenne du type ci-dessus, caractérisé en ce que l'élément rayonnant en forme de calice est réalisé par moulage par injection d'une matière plastique suivi par la métallisation d'au moins la surface externe de l'élément en forme de calice. D'autre part, le support formant plan de masse est lui aussi réalisé par moulage par injection d'une matière plastique, et métallisation d'au moins la partie formant plan de masse. Que ce soit pour l'élément rayonnant en forme de calice ou pour le support formant plan de masse, la métallisation est obtenue par pulvérisation sous vide du métal ou par un procédé électrochimique. La présente invention concerne aussi un autre procédé de fabrication d'une antenne du type ci-dessus, caractérisé en ce que l'élément rayonnant en forme de calice est réalisé par usinage d'un bloc de mousse plastique suivi par la métallisation d'au moins la surface extérieure de l'élément en forme de calice et en ce que le support formant plan de masse est lui aussi réalisé par usinage d'un bloc de mousse plastique suivi de la métallisation d'au moins la partie formant plan de masse. Dans ce cas, l'élément en forme de calice et le support formant plan de masse sont réalisés par usinage d'un seul bloc de mousse. La métallisation est de préférence obtenue par vaporisation d'une peinture électriquement conductrice. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description de divers modes de réalisation, cette description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: Figure 1 est une vue en coupe et partiellement en perspective d'un premier mode de réalisation d'une antenne conforme à la présente invention. Figure 2 est une courbe donnant l'adaptation en fonction de la fréquence. Figures 3A, 3B, 3C, 3D représentent les diagrammes de rayonnement de l'antenne de figure 1 schématisée en trois dimensions à différentes fréquences de fonctionnement. Figure 4 est une vue en coupe schématique d'un autre mode de réalisation d'une antenne conforme à la présente invention. Comme représenté sur la figure 1, une antenne large bande conforme à la présente invention comporte un premier élément 1 en forme de calice présentant une partie en calice proprement dite se prolongeant par un pied 2. Cet élément en forme de calice peut être réalisé en métal par usinage. Toutefois, dans le mode de réalisation représenté, il sera réalisé de préférence par injection d'une matière plastique dans un moule présentant le profil du calice. Dans ce cas, la matière plastique est constituée par toute matière plastique métallisable et facilement injectable telle que des polymères thermoplastiques du type polyéthylène, polypropylène ou similaire. Pour rayonner dans une bande de fréquence relativement large, le profil externe de l'élément en calice est de préférence donné par les équations suivantes Pour 1.3 recouvert d'étain brillant en utilisant un procédé chimique. Comme représenté sur la figure 1, l'antenne conforme à la présente invention comporte aussi un support 3 formant plan de masse. Ce support présente une forme annulaire et comporte un anneau circulaire 3a muni en son centre d'une ouverture 3b pour recevoir le pied 2 de l'élément en forme de calice, cette ouverture se p rolongeant par une partie cylindrique 3c permettant le montage de l'ensemble sur un substrat 4 décrit ultérieurement. D'autre part, comme représenté sur la figure 3, pour limiter l'encombrement du support formant plan de masse, l'extrémité externe de l'anneau 3a est incurvée de manière à former un élément semi torique. La forme particulière de l'élément support 3 donne en dessous du plan de masse un dégagement suffisant pour recevoir des circuits électroniques permettant le fonctionnement de l'antenne tels qu'un décodeur. Conformément à la présente invention, le support formant plan de masse peut être lui aussi obtenu par injection d'une matière plastique métallisable telle que décrit ci-dessus. Comme représenté sur la figure 1, l'ensemble constitué par l'élément en forme de calice et le support formant plan de masse est monté sur un substrat 4 de type PCB en soudant le substrat 4 à l'élément cylindrique 3c du plan de masse et en soudant le pied de l'élément en forme de calice à une ligne d'excitation réalisé e sur le substrat 4. D'autre part, pour maintenir en place et centrer l'élément en forme de calice, des cales 5 sont montées entre la surface externe de l'élément en forme de calice 2 et la partie supérieure 3a du support 3. On donnera les résultats d'une simulation obtenue avec une antenne telle que représentée à la figure 1, dont le profil de l'élément en forme de calice a été optimisé en utilisant l'équation donnée ci-dessus et dont l'élément support de forme semi-torique a aussi été optimisé de manière à ce que l'antenne présente un encombrement tel que donné ci après: Diamètre supérieur de l'élément en forme de calice D = 200 mm. Hauteur entre la surface externe de l'élément en calice et le pied H = 1 35 mm. Diamètre du support formant plan de masse Dl 300 mm. Hauteur du support formant plan de masse Hi = 60 mm. Comme représenté sur la figure 2, on a obtenu une adaptation inférieure à -10dB sur toute la bande UHF, plus particulièrement entre 450MHz et 1000 MHz. Avec une antenne de ce typ e, telle que représentée schématiquement sur la figue 3D, on a obtenu les différents diagrammes de rayonnement représentés sur les figures 3A, 3B, 3C, le diagramme de rayonnement représenté en figure 3A étant celui à 870 MHz, à savoir pour la fréquence haute de la bande, le diagramme de la figure 3B étant celui à 666 MHz à savoir pour la fréquence centrale de la bande de fonctionnement et le diagramme de la figure 3C étant celui à 470 MHz, à savoir celui de la fréquence basse de la bande de fonctionnement. Dans ce cas, on s'aperçoit que les diagrammes de rayonnement restent relativement omnidirectionnels quelles que soient les fréquences de fonctionnement. Ainsi, la présente invention permet d'obtenir une antenne très large bande dans la bande UHF, à savoir la bande utilisée pour la réception TV, cette antenne présentant un poids et un encombrement relativement restreint et pouvant être fabriquée à un cot peu élevé. Elle est utilisable notamment pour la réception des téléviseurs dits " portables ". On décrira maintenant avec référence à la figure 4, un autre mode de réalisation d'une antenne conforme à la présente invention. Dans ce cas, l'élément en forme de calice 11 et l'élément support 12 formant plan de masse sont réalisés par usinage d'un bloc 10 de mo usse métallisable tel que les mousses en matière plastique proposées par la société Rohacell sous les références 51 HF ou 71 HF. Dans ce cas, la métallisation des structures peut être réalisée en appliquant par vaporisation une peinture métallisée telle que l'AL351 de chez PROTAVIC. Cette structure relativement compacte et peu encombrante permet de réaliser dans un seul bloc de mousse, l'élément en forme de calice et le support formant plan de masse. Dans ce cas, la ligne d'excitation est soudée au pied de l'élément en forme de calice par l'intermédiaire d'un insert métallique. REVENDICATIONS 1 - Antenne monopole large bande, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément rayonnant en forme de " calice " (1,11) monté sur un support formant plan de masse (3,12) de forme annulaire. 2 - Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément en forme de " calice " est constitué par un substrat en matériau métallique ou métallisable. 3 - Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le substrat en matériau métallisable est constitué par une matière plastique métallisable ou une mousse métallisable. 4 - Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le profil externe de l'élément rayonnant en forme de " calice " est donné par les équations suivantes Pour 1.3 - Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le support (3) formant plan de masse de forme annulaire est constitué d'un anneau circulaire (3a) muni en son centre d'une ouverture (3b) se prolongeant par un élément cylindrique (3c) destiné à recevoir le pied de l'élément rayonnant en forme de " calice ". 6 - Antenne selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'extrémité externe de l'anneau est incurvée de manière à former un élément semi-torique. 7 - Antenne selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que le support formant plan de masse est réalisé à l'aide d'une mousse métallisable, d'un métal, d'une matière plastique métallisable. 8 - Procédé de fabrication d'une antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce l'élément rayonnant en forme de " calice " est réalisé par moulage par injection d'une matière plastique suivie par la métallisation d'au moins la surface extérieure de l'élément en forme de " calice ". 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le support formant plan de masse est réalisé par moulage par injection d'une matière plastique et métallisation d'au moins la partie formant plan de masse. - Procédé selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la métallisation est obtenue par pulvérisation sous vide du métal ou par un procédé électrochimique. 11 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à , caractérisé en ce que l'élément rayonnant en forme de " calice " est solidarisé avec le support formant plan de masse par soudure. 12 - Procédé de fabrication d'une antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément rayonnant en forme de " calice " est réalisé par usinage d'un bloc de mousse plastique suivi par la métallisation d'au moins la surface extérieure de. l'élément en forme de " calice ". 13 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le support formant plan de masse est réalisé par usinage d'un bloc de mousse plastique suivi de la métallisation d'au moins le partie formant plan de masse. 14 - Procédé selon les revendications 12 et 13, caractérisé en ce que l'élément en forme de calice et le support formant plan de masse sont réalisés par usinage d'un seul bloc de mousse. - Procédé selon les revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la métallisation est obtenue par vaporisation d'une peinture électriquement conductrice.