Brevet FR2895153A1 — publié le 20070622

La presente invention concerne le domaine des antennes patch a polarisation circulaire, notamment en vue de leur utilisation dans le cadre d'un ensemble antenne-camera compact. Dans les applications mettant en ceuvre des telemesures, des cameras sont souvent utilisees afin de filmer des sequences videos et/ou de prendre des photos a partir d'un systeme lance ou volant, tel par exemple un projectile, un missile, un obus ou un drone. Les donnees images generees par ces cameras sont transmises vers une base receptrice par liaisons radio, via une antenne situee sur le systeme lance. Lorsque les dimensions du systeme sont petites, it est necessaire de trouver un arrangement compact des differents elements, et notamment de ('ensemble cameraantenne. De plus, afin d'assurer une bonne qualite de la liaison emetteur-recepteur, it est preferable d'emettre des ondes polarisees circulairement pour s'affranchir de ('orientation horizontale du systeme lance par rapport au recepteur. Les antennes imprimees dites patch sont constituees d'un plan de masse, d'un substrat dielectrique et d'un ou plusieurs elements rayonnants constitues de motifs metallises (appeles "patchs" en anglais). Les formes des elements rayonnants sont tits diverses, comme par exemple rectangulaire ou elliptique, mais beaucoup d'autres formes geometriques sont envisagees dans la litterature. A partir d'un element rayonnant, (symetrique a priori), it est connu de generer de la polarisation circulaire en excitant deux modes orthogonaux dephases de 90 sur ('element rayonnant. Pour cela la technique la plus simple consiste a placer deux points d'alimentation (ou plus) dans des plans orthogonaux et d'utiliser un dispositif amont adapte, par exemple un repartiteur 90 . Cette technique permet d'emettre sur une assez, large bande de frequence car la polarisation circulaire est "forcee". Par contre, cette technique est plus encombrante et plus complexe que celle n'employant qu'un seul point d'alimentation. Avec un element rayonnant symetrique et un seul point d'alimentation, la polarisation de t'onde est a priori lineaire (selon ('axe d'alimentation). En utilisant un element rayonnant dissymetrique, it est possible d'obtenir une polarisation circulaire. Plusieurs solutions existent, citons a titre d'illustration la troncature de deux cotes de ('element rayonnant, retirement de la forme geometrique -dans une direction donnee ou ('insertion d'une fente au centre de ('element rayonnant. La dissymetrie de ('element rayonnant conduit a un changement des dimensions selon lesquelles les resonances se forment, et par voie de consequence, deux modes orthogonaux differents, proches du mode initial et a 45 de ('axe d'alimentation, sont excites. II est a remarquer que ces dissymetries sont appliquees uniquement sur ('element rayonnant et ne font pas intervenir le substrat dielectrique, ni le plan de masse. A ce titre, on connait la demande de brevet PCT/SE0001086, qui decrit une antenne patch pour application GPS dont ('element rayonnant est un element a polarisation circulaire due d'une part a la position du point d'alimentation situe a proximite de la diagonale de l'element rayonnant et d'autre part a la difference de longueur des cotes de cet element rayonnant. L'element rayonnant comporte, en outre, un trou central et circulaire dont les parois sont metallisees, ce trou se poursuivant a I'interieur d'un dielectrique et d'un plan de masse. Cette metallisation du trou, assurant un court-circuit entre ('element rayonnant et le plan de masse, peut titre realisee de differentes fawns, comme par exemple avec un tube conducteur. La position centrale du trou ainsi que la presence de ce court-circuit permet a ('element rayonnant de ne pas titre perturbe par leur presence. Par ailleurs, la presence du trou permet d'inserer un comportant electronique a I'interieur du trou. De plus, I'auteur indique ('utilisation possible, d'une part, d'elements rayonnants presque cants ou rectangulaires ou elliptiques ou presentant des entailles ou a coins tronques et, d'autre part, d'un nombre superieur de points d'alimentation pour generer de la polarisation circulaire mais dans tous les cas, la propriete de polarisation circulaire pour les elements rayonnants retenus est independante de la presence ou non, du trou. Un tel dispositif comporte des inconvenients. Ainsi, du fait de la presence d'au moins un fil d'alimentation sur ('element rayonnant et de la position centrale du trou, I'espace disponible derriere le plan de masse en regard du trou est limite, ce qui limite son utilisation pour y placer une camera par exemple. Par ailleurs, la propriete de polarisation circulaire de I'antenne est a concevoir et a assurer independamment du trou. Le but de ('invention est de resoudre ces inconvenients en proposant une antenne patch comportant un trou ne necessitant pas de metallisation et pouvant titre associee a une camera nettement plus encombrante du fait de sa position noncentrale, et dont les caracteristiques de ce percage peuvent titre a I'origine d'une polarisation circulaire pour I'antenne. La solution apportee est une antenne comportant un element rayonnant, un substrat dielectrique, un plan de masse, une alimentation connectee a ('element rayonnant, et un percage non metallise realise a travers ('element rayonnant, le substrat et le plan de masse, caracterisee en ce que le percage peut titre entierement inscrit dans ('element rayonnant et dont le centre est decale par rapport au centre de ('element rayonnant, ce percage etant eventuellement de forme circulaire. L'element rayonnant peut titre de forme circulaire, carree ou avoir tout autre forme geometrique adaptee a cette technique. Selon une caracteristique particuliere, ('antenne a une polarisation circulaire, la position et les caracteristiques physiques du percage en etant a I'origine. Selon une caracteristique particuliere, au niveau de la surface superieure de ('element rayonnant, un seul et unique axe YY' passe par I'axe du percage et par le centre de ('element rayonnant, et cet axe YY' forme un angle a avec ('axe ZZ' passant par le point d'alimentation coaxiale et par le centre de ('element rayonnant. Cet angle a peut prendre en valeur absolue des valeurs entre 0 et it radians. Selon une autre caracteristique, une camera est associee a une antenne selon ('invention, cette camera etant preferentiellement disposee en regard du percage et au niveau de la face inferieure de ('antenne, c'est-a-dire derriere le plan de masse. D'autres avantages et caracteristiques apparaitront dans la description d'un mode particulier de realisation de ('invention au regard des figures annexees parmi lesquelles : - La figure la presente une vue de dessus d'une antenne selon un mode de realisation de ('invention - La figure 1 b presente une vue en coupe de ('antenne selon ('axe YY' figurant sur la figure la, - La figure lc presente une vue en coupe de ('antenne selon ('axe ZZ' figurant sur la figure 1a. Les figures la et lb presentent respectivement une vue de dessus et une coupe selon ('axe YY' figurant sur ladite vue de dessus d'une antenne 6 selon un mode de realisation de I'invention. Cette antenne 6 est une antenne imprimee. Elle est constituee d'un element rayonnant 1 de forme circulaire dont le diametre est voisin de la demie longueur d'onde guidee dans le substrat 2, d'un substrat dielectrique 2 et d'un plan de masse 3. Elle comporte un percage 4 effectue a travers ('element rayonnant 1, le substrat 2 et le plan de masse 3. Celui-ci a pour but a la fois de generer de la polarisation circulaire sur ('element rayonnant 1 et de permettre la mise en place de I'objectif d'une camera 5 juste derriere ('antenne. Celle-ci "regarde" a travers ('antenne et dans la meme direction que ('emission de l'antenne 6. L'axe 7 de ce percage 4 est decale par rapport au centre 8 de ('element rayonnant 1. La figure lc presente une coupe de l'antenne selon ('axe ZZ' figurant sur la figure la. L'element rayonnant 1 est alimente en un point d'alimentation 10 par un cable coaxial 9 dont le conducteur externe est relie au plan de masse 3, et le conducteur interne a I'element rayonnant 1. Ce point d'alimentation 10 est decale par rapport au centre 8 de ('element rayonnant et de telle sorte que, au niveau de la surface superieure 11 de I'element rayonnant 1, ('axe ZZ' passant par le point d'alimentation 10 et par le centre 8 de ('element rayonnant 1 forme un angle a avec I'axe YY' passant par ('axe 7 du percage et par le centre 8 de ('element rayonnant 1. Dans cet exemple de realisation, ('angle a est de 37c/4 radians. Une camera 5 est placee en regard du percage 4 et derriere ('antenne 6, au niveau du plan de masse 3. Sans le percage 4, une antenne selon ('invention presenterait une polarisation Iineaire et c'est le positionnement decale du percage par rapport au centre de ('element rayonnant ainsi que les caracteristiques de ce percage qui permet I'obtention d'une polarisation circulaire. Pour l'obtention d'une bonne polarisation circulaire, les dimensions du trou (diametre pour un trou circulaire) sont a optimiser en fonction - de la position du pergage par rapport au centre de ('element rayonnant, - des materiaux utilises au sein de ('antenne - de l'angle a cite ci-dessus. II est a noter que des valeurs positives de ('angle a permettent I'obtention d'une polarisation circulaire droite et que des valeurs negatives une polarisation circulaire gauche. Plusieurs solutions sont possibles, ce qui permet de placer le trou suivant Ies besoins a une position souhaitee. Si par contre les dimensions du trou ne sont pas optimisees, la polarisation au niveau de ('antenne sera elliptique voir Iineaire. Cependant, ceci n'altere pas la capacite pour la camera de viser a travers l'antenne, par le trou. 5 L'avantage de pouvoir placer le trou a la distance que I'on souhaite du centre de ('element rayonnant permet, par rapport a la solution presentee dans la demande de brevet PCT/SE0001086, d'obtenir derriere I'antenne un espace plus consequent pour un composant electronique tel par exemple qu'une camera ou un laser. Bien evidemment de nombreuses modifications peuvent titre realisees sans sortir du cadre de I'invention. Par exemple, le substrat dielectrique peut ne pas titre present, ('air situe entre I'element rayonnant et le plan de masse jouant un role similaire et ('ensemble constituant une antenne suspendue. REVENDICATIONS 1 Antenne comportant un element rayonnant (1), un substrat dielectrique (2), un plan de masse (3), une alimentation connectee a ('element rayonnant, et un pergage (4) effectue a travers ('element rayonnant (1), le substrat (2) et le plan de masse (3), caracterisee en ce que ('element rayonnant comporte un pergage (4) entierement inscrit dans ['element rayonnant et dont le centre ou ('axe (7) est decals par rapport a ('axe (8) de ('element rayonnant. 2 Antenne selon la revendication 1, caracterisee en ce que le pergage est de forme circulaire 3 Antenne selon ('une quelconque des revendications 1 et 2, caracterisee en ce que ('element rayonnant a une forme circulaire 4 Antenne selon ('une quelconque des revendications 1 et 2, caracterisee en ce que ('element rayonnant a une forme carree 5 Antenne selon ('une quelconque des revendications 1 a 4, caracterisee en ce qu'elle est associee a une camera (5), un laser ou tout autre composant electronique ou non utilisant le trou a travers I'antenne comme ouverture. 6 Antenne selon la revendication 5, caracterisee en ce qu'elle est associee a une camera (5) placee en regard du pergage (4) et au niveau du plan de masse (3) de I'antenne (6). 7Antenne selon ('une quelconque des revendications 1 a 6, caracterisee en ce qu'au niveau de la surface superieure (11) de ('element rayonnant (1), un seul et unique axe YY' passe par ('axe (7) du pergage (4) et par le centre (8) de ('element rayonnant 1. 8 Antenne selon ('une quelconque des revendications 1 a 7, caracterisee en ce qu'au niveau de la surface superieure (11) de I'element rayonnant (1), un seul et unique axe YY' passe par ('axe (7) du pergage et par le centre (8) de ('element rayonnant (1), et cet axe YY forme un angle a avec ('axe ZZ' passant par le point d'alimentation coaxiale (10) et par le centre (8) de ('element rayonnant (1). 9 Antenne selon rune quelconque des revendications 1 a 8, caracterisee en ce qu'elle a une polarisation circulaire. 10 Antenne selon ('une quelconque des revendications 1 a 9, caracterisee en ce que le substrat dielectrique (2) est remplace par de ('air. 11 Systeme lance ou volant comportant une antenne selon ('une quelconque des revendications precedentes.