Brevet FR2886468A1 — publié le 20061201

La présente invention concerne une antenne monopôle, plus particulièrement une antenne compacte à bas coût de production et à large bande de fréquences pouvant couvrir l'intégralité de la bande UHF. De plus, la présente invention concerne une antenne monopôle adaptée à la réception portable de la télévision numérique terrestre (TNT). Dans le domaine des antennes, un compromis doit être trouvé entre le souhait de réduire la taille et le volume maximum occupé par une antenne et d'autre part, la nécessité de maintenir des dimensions d'antenne minimales pour assurer l'efficacité du rayonnement et/ou la largeur de bande requise io pour cette antenne. En effet, les dimensions de l'antenne sont imposées par les lois de la physique et pour des applications à basse fréquence, il est très difficile de réduire la taille de l'antenne tout en conservant des performances intéressantes en terme de largeur de bande de fréquence et de rendement. D'autre part, dans le cadre de la télévision numérique terrestre, la modulation utilisée est une modulation multi-porteuse OFDM conforme à la norme DVB-T (digital video broadcast terrestrial). Cette modulation OFDM se montre particulièrement robuste, en particulier, aux phénomènes de multi-trajet. Toutefois, il existe des problèmes de réception dans le cadre d'une réception portable car le signal transmis est un signal numérique et à la différence d'un signal analogique dont la dégradation est progressive, la dégradation d'un signal numérique passe par une transition rapide d'une réception de qualité à la perte totale de l'image. La présente invention vise donc à fournir une antenne monopôle de faibles dimensions avec un faible coût de production et des performances satisfaisantes notamment dans le cadre de la télévision numérique terrestre. La présente invention concerne donc une antenne monopôle comportant un élément rayonnant monté sur une base par l'intermédiaire d'un mât, caractérisée en ce que l'élément rayonnant est formé de deux brins conducteurs en U, la longueur L de chaque brin étant choisie telle que '/4 Xg L '/2 Xg, Xg étant la longueur d'onde dans un brin à la fréquence centrale de rayonnement F0. Cette forme d'antenne monopôle permet de réaliser une économie de matière et d'obtenir ainsi une antenne présentant une plus grande légèreté. D'autre part, il est possible de concevoir des antennes monopôles dont l'élément rayonnant a une épaisseur très faible. Cela permet une réalisation à faible coût, notamment en utilisant des techniques d'emboutissages de tôle. Selon une autre caractéristique de la présente invention, les brins de l'antenne monopôle ont un profil correspondant à un pliage spécifique. Ainsi, les brins de l'antenne sont pliés selon un profil en L, un profil en créneaux ou aussi un profil polygonal ou sinusoïdal. De préférence, les brins conducteurs sont réalisés en métal ou en un matériau métallisé. De même, la base supportant les éléments rayonnants par l'intermédiaire du mât comporte un plan métallique ou en matériau métallisé formant un plan de masse pour l'élément rayonnant. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention io apparaîtront à la lecture de la description de différents modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, cette description étant faite avec référence aux figures ci-annexées dans lesquelles: La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une antenne conforme à la présente invention. La figure 2 est un diagramme donnant l'adaptation S(1,1) en fonction de la fréquence pour l'antenne de figure 1. La figure 3 représente schématiquement les diagrammes de rayonnement à 450MHz et 850MHz obtenus en simulant l'antenne de la figure 1. Les figures 4A, 4B et 4C représentent respectivement une antenne conforme à l'antenne de la figure 1 mais avec des largeurs de brins différentes ainsi que le diagramme donnant l'adaptation en fonction de la fréquence pour différentes largeurs de brins. Les figures 5A, 5B et 5C représentent respectivement une antenne conforme à l'antenne de la figure 1 mais avec un espacement entre les deux brins variable ainsi que le diagramme donnant l'adaptation en fonction de la fréquence pour différentes valeurs de l'espacement entre les brins. Les figures 6A, 6B et 6C représentent respectivement une antenne conforme à l'antenne de la figure 1 mais avec une épaisseur de brins différente ainsi qu'un diagramme donnant l'adaptation en fonction de la fréquence pour différentes épaisseurs de brins. La figure 7 représente schématiquement un autre mode de réalisation d'une antenne conforme à la présente invention. La figure 8 représente schématiquement encore un autre mode de réalisation d'une antenne conforme à la présente invention. La figure 9 représente un mode supplémentaire de réalisation d'une antenne conforme à la présente invention, et la figure 10 représente le diagramme d'adaptation en fonction de la fréquence de l'antenne de la figure 9. Pour simplifier la description dans les figures, les mêmes éléments ou éléments similaires portent les mêmes références. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un mode de réalisation simple de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, l'antenne monopole est formée par un élément rayonnant 10 comportant deux brins 11 et 12 reliés à une extrémité par un élément 13 de manière à io former sensiblement un U. L'élément rayonnant 10 est relié par l'intermédiaire d'un mât 30 venant se fixer sur l'élément 13 à une base 20. L'élément rayonnant 10 est connecté par l'intermédiaire d'un élément de connection tel qu'un câble coaxial 40 ou tout autre moyen tel qu'une ligne microruban ou similaire, permettant de connecter le signal provenant de l'élément rayonnant vers un dispositif d'alimentation similaire. Conformément à la présente invention les deux brins 11 et 12 sont réalisés en un matériau métallisé ou en métal et ils présentent une longueur L telle que L soit comprise entre '/4 Xg et '/2 Xg, Xg étant la longueur d'onde dans le brin à la fréquence centrale FO de rayonnement. De préférence, pour obtenir une largeur de bande suffisante, cette longueur L est de l'ordre de 3/8Xg à la fréquence centrale FO de rayonnement. Comme cela sera expliqué plus en détail ci-après, le dimensionnement de la largeur I du brin ainsi que de son épaisseur e permet l'adaptation de l'antenne. D'autre part, l'écart p entre les deux brins 11, 12 donné par la longueur de l'élément 13 permet de contrôler l'adaptation de l'antenne ainsi que son diagramme de rayonnement. La base 20 est constituée par un plan métallique ou métallisé qui joue le rôle de plan de masse pour l'élément rayonnant 10 constitué des deux brins 11 et 12. La forme et les dimensions de la base sont un paramètre de contrôle de l'adaptation de l'antenne. Comme représenté sur la figure 1, un mât 30 est monté au milieu de l'élément 13 et supporte l'élément rayonnant formé des deux brins 11 et 12. L'élément rayonnant 10 est connecté à une alimentation par l'intermédiaire d'un câble coaxial 40. Une antenne telle que celle représentée à la figure 1 a été simulée. Cette antenne présente les dimensions suivantes: Longueur des deux brins 11 et 12: L=177mm Largeur des brins 11 et 12: 1 = 20mm Ecartement entre les deux brins: p = 50mm Hauteur du mât: H = 17mm Epaisseur des brins 11 et 12: e = 0,3mm D'autre part, la base supportant l'élément rayonnant présente une largeur de 60mm et une longueur de 96mm. Les résultats de la simulation sont donnés sur les figures 2 et 3. La figure 2 représente l'adaptation S(1,1) en fonction de la fréquence. Cette courbe montre qu'on obtient une adaptation large bande de l'antenne en U soit plus de 68% de 439MHz à 893 MHz pour un coefficient de io réflection de -10dB. Or pour la réception des signaux de télévision numérique, l'antenne doit être adaptée de 470MHz à 862MHz, soit une largeur de bande relative nécessaire de plus de 58%. L'antenne ici étant adaptée sur plus de 68%, elle est donc utilisable pour la réception de la TNT. La figure 3 représente aussi le diagramme de rayonnement de l'antenne respectivement à 450MHz et à 850MHz et montre que l'antenne de la figure 1 fonctionne comme une antenne de type monopôle. On montrera ensuite avec référence aux figures 4A, 4B, 4C l'influence de la largeur des brins 11 et 12 de l'antenne sur l'adaptation de ladite antenne. Sur la figure 4A on a représenté une antenne 10 du même type que l'antenne de la figure 1 présentant deux brins 11 et 12 ayant une largeur I qui, dans le mode de réalisation, est choisie égale à 37,5mm tandis que, sur la figure 4B on a représenté une antenne 10' avec des brins 11' et 12' ayant une largeur I' égale à 7.3mm. Des antennes telles que celles des figures 4A et 4B avec différentes largeurs de brins ont été simulées et l'on a obtenu les courbes d'adaptation en fonction de la fréquence représentées sur la figure 4C. D'après ces courbes, on voit que la modification de la largeur des brins verticaux permet d'ajuster l'adaptation de la courbe S(1,1). Ainsi, la largeur des brins est utilisée pour contrôler l'adaptation de l'antenne. On a ensuite étudié l'influence de l'écartement p entre les deux brins, à savoir la longueur de l'élément 13 reliant les deux brins 11, 12 d'une antenne 10 comme représenté sur les figures 5A et 5B. La figure 5A concerne une antenne identique à celle de la figure 1 avec 35 un écartement p égale à 20.4mm Sur la figure 5B, l'écartement P' est égale à 110mm pour l'antenne 10 ". Différentes valeurs d'écartement ont été simulées avec des espacements variant par pas de 15mm. Les résultats de la simulation sont donnés sur la figure 5C qui représente l'adaptation en fonction de la fréquence. Ces courbes montrent que l'espace entre les brins verticaux joue très peu sur la fréquence centrale, avec une variation de 20 MHz entre les cas extrêmes. Par contre la phase et la largeur de bande sont modifiées en fonction de l'espacement entre les brins verticaux 11 et 12. L'influence de l'épaisseur e des brins verticaux a aussi été étudiée. Sur la figure 6A les brins verticaux 11, 12 de l'antenne 10 présentent une épaisseur e égale à 0,3mm tandis que sur la figure 6B l'épaisseur e' des io brins verticaux 11 et 12 de l'antenne 10 est de 4mm. Les simulations réalisées pour des épaisseurs de 0, 3mm, 2mm et 4mm donnent une adaptation en fonction de la fréquence telle que représentée sur la figure 6C. La variation d'épaisseur permet aussi de contrôler l'adaptation de l'antenne mais n'a aucune influence significative sur les diagrammes de rayonnement. On décrira maintenant avec référence aux figures 7, 8 et 9 différentes variantes de réalisation d'une antenne conforme à la présente invention. Sur la figure 7, l'élément rayonnant 100 présente deux brins ayant un profil spécifique, à savoir un profil en L, chaque brin présentant une partie verticale 110, 120 et une partie horizontale 111, 121. Comme pour le mode de réalisation de la figure 1, les deux brins sont reliés l'un à l'autre par un élément 130 de manière à avoir une forme sensiblement en U. L'élément rayonnant 100 est monté sur une base 20 par un mât 30 et est relié à une alimentation par un câble coaxial 40. Dans ce cas, la longueur L des brins verticaux 120 et 110 peut être réduite par rapport à la longueur L totale. Elle est, par exemple, de 105mm avec une longueur pour la partie horizontale 111 et 121 des brins égale à 75mm. Un profil en L permet donc d'obtenir une antenne plus compacte. Des simulations non représentées ont permis de démontrer qu'une antenne en U ayant les dimensions données sur la figure 7, à savoir une largeur de brin de 32mm, un espacement entre brins de 50mm, une hauteur pour le mât de 9mm et des dimensions pour la base identiques à celles de la figure 1 a permis d'obtenir une largeur de bande relative de l'ordre de 69%. Sur la figure 8 on a représenté encore un autre mode de réalisation d'une antenne conforme à la présente invention. Dans ce cas, l'élément rayonnant 200 présente deux brins reliés par un élément 230 connecté à travers un mât 30 à une base 20. Chaque brin présente une partie rectiligne 210, 220 suivie d'une partie en créneau 211, 221. Les créneaux 211, 221 présentent une longueur de 36mm et une profondeur de 20mm dans le mode de réalisation représenté à la figure 8 la partie rectiligne 210, 220 présentant une longueur de 53mm. L'ensemble donne une longueur de 146mm. Les simulations de ce type d'antenne donnent une largeur de bande relative de l'ordre de 66%. Dans les deux cas, le diagramme de rayonnement associé correspond à celui d'une antenne de type monopôle, l'antenne ayant un profil en L présentant une polarisation oblique particulièrement intéressante pour recevoir tout type de signaux TNT émis io en polarisation horizontale ou verticale. Sur la figure 9, on a représenté un autre de mode réalisation d'une antenne conforme à la présente invention. Dans ce cas, l'élément rayonnement 300 comporte deux brins 310 et 320 reliés par un élément 330 connecté à une base 20 à travers un mât 30. Dans ce mode de réalisation spécifique, les deux brins 310 et 320 ont des longueurs L différentes. Une antenne de ce type a été simulée. La figure 10 donne la courbe d'adaptation S(1,1) en fonction de la fréquence pour une telle antenne. On s'aperçoit qu'avec ce type d'antenne on obtient une seconde bande d'adaptation, à savoir une première bande autour de 0,35GHz et une seconde bande autour de 0.6Ghz (si on considère la fréquence centrale pour un niveau d'adaptation à -10dB). Cette seconde bande d'adaptation résulte de l'introduction d'un mode résonnant entre les deux brins. Ce type d'antenne est intéressant pour des applications de type WiFi dans lesquelles l'antenne doit couvrir les bandes de fréquence autour de 2.4GHz et 5GHz. REVENDICATIONS 1. Antenne monopôle comportant un élément rayonnant (10, 100, 200, 300) monté sur une base (20) par l'intermédiaire d'un mât (30) , caractérisé en ce que l'élément rayonnant est formé de deux brins conducteurs (11, 12; 120 et 121, 110 et 111; 210 et 211, 220 et 221; 310, 320) en U, la longueur L de chaque brin étant choisie telle que '/4 Xg L /2 Xg, Xg étant la longueur d'onde dans un brin à la fréquence centrale de io rayonnement F0. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque brin a une longueur L telle que L = 3/8 Xg. 3. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux brins (310, 320) ont des longueurs différentes. 4. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque brin a un profil correspondant à un pliage spécifique. 5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le profil du pliage est un profil en L, en créneaux, polygonale, sinusoïdal. 6. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les brins conducteurs sont réalisés en métal ou en un matériau métallisé. 7. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la base (20) comporte un plan métallique ou en matériau métallisé formant plan de masse pour l'élément rayonnant.