Brevet FR2907264A1 — publié le 20080418

Découplage des réseaux d'éléments rayonnants d'une antenne La présente invention se rapporte à une antenne de télécommunication, utilisée notamment pour la téléphonie cellulaire, comme par exemple une antenne AAS (pour Adaptative Array System en anglais) pour l'application WiMax (pour Worldwide Interoperability for Microwave Access en anglais). Une antenne de ce type est formée de réseaux d'éléments rayonnants faiblement espacés obtenues par la technique du circuit imprimé. Une telle antenne est constituée de réseaux parallèles de dipôles placés dans un boîtier servant de réflecteur. Ces antennes, le plus souvent appelées antennes plaquées ou antennes patch , sont largement employées actuellement du fait de leur encombrement très réduit, de leur technologie de fabrication extrêmement simple et de leur coût modéré car elles sont fabriquées en grande série. Cependant ces antennes présentent des difficultés de réalisation en raison de conflits existants entre les différents critères de conception. Notamment le couplage mutuel qui peut se produire entre les éléments rayonnants individuels lorsqu'ils sont rapprochés, s'il peut améliorer les performances de l'antenne, présente par ailleurs certains effets négatifs, tel qu'une distorsion du spectre de l'antenne ou la modification de l'impédance d'entrée des éléments pour une fréquence donnée. Il s'agit donc de limiter ce couplage sans augmenter sensiblement ni le poids, ni l'encombrement de l'antenne. Afin de préserver une uniformité de radiation, il est nécessaire de maintenir un découplage de bonne qualité entre les réseaux de dipôles. Le plus souvent les réseaux de dipôles sont généralement isolés les uns des autres par de simples parois métalliques formant écrans. Pour obtenir un meilleur découplage, une solution est d'augmenter la hauteur de l'écran pour bloquer la transmission électromagnétique entre les éléments. Cependant, dans le cas où les parois sont très proches, les éléments rayonnants se retrouvent confinés dans un faible espace par les écrans sur lesquels se produisent des réflexions multiples qui réduisent la bande passante. Les performances de l'antenne s'en trouvent ainsi dégradées, en particulier le rapport d'onde stationnaire (ROS), ce qui traduit une désadaptation de l'impédance d'entrée de 2907264 2 l'antenne avec celle de l'émetteur (dans le cas d'une émission). II est lié au module du coefficient de réflexion de l'antenne. Pour résoudre ce problème, on a par exemple proposé de disposer côte à côte sur un réflecteur des éléments rayonnants. Une ligne métallique conductrice placée dans 5 le même plan que les éléments, et reliée à la terre et au réflecteur, entoure ces éléments rayonnants. Les éléments rayonnants et la ligne métallique peuvent notamment être réalisés par gravure d'une couche de cuivre recouvrant une couche diélectrique. Ce mode de réalisation ne s'applique qu'à des éléments entièrement contenus dans un plan parallèle à celui du réflecteur. Cette solution n'est pas applicable à des 10 éléments rayonnants qui sont dans un plan perpendiculaire au réflecteur, comme c'est le cas pour les dipôles. La structure mécanique à mettre en oeuvre dans ce cas est complexe et onéreuse. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur, et en particulier de réduire au minimum des réflexions existant entre les murs 15 métalliques et les éléments rayonnant en conservant un niveau élevé de découplage. L'objet de la présente invention est une antenne comprenant au moins deux réseaux d'éléments rayonnants disposés linéairement et parallèlement, des écrans métalliques étant intercalés entre les réseaux. Les écrans métalliques comportent une partie inférieure plane, parallèle aux réseaux, et une partie supérieure, en regard de la 20 partie rayonnante des éléments rayonnants, comprenant des panneaux formant un angle avec le plan de la partie inférieure. Avantageusement cet angle est compris entre 25 et 45 afin de dévier les réflexions, évitant ainsi qu'elles ne reviennent sur les dipôles. La longueur totale d'un panneau est de préférence comprise entre 1/2 et 2J4, où 25 1 est la longueur d'onde à la fréquence centrale de fonctionnement de l'antenne. Chaque panneau est orienté alternativement dans une direction et dans une autre, de part et d'autre du plan de la partie inférieure. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque panneau comporte deux ailes reliées une zone centrale rattachée à la partie inférieure de l'écran. 30 De préférence les zones centrales de deux panneaux orientés dans la même direction sont séparées par une distance comprise entre 0,77E et 0,9? . De préférence chaque aile a une hauteur comprise entre ?J7 et 7111. 2907264 De préférence chaque aile a une hauteur comprise entre X17 et X111. De préférence encore chaque aile a une longueur comprise entre 117 et X111. La présente invention a encore pour objet un procédé de fabrication de l'antenne décrite précédemment. La réalisation d'un écran comprend notamment les 5 étapes suivantes : - on découpe au moins deux fentes verticales distantes sur une partie de la hauteur d'une plaque plane, - on prolonge horizontalement les fentes l'une vers l'autre de manière incomplète pour réserver une zone centrale attenante à la plaque, 10 - on plie les panneaux obtenus de part et d'autre de la zone centrale alternativement dans un sens et dans l'autre. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation, donné bien entendu à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel 15 - la figure 1 est une représentation schématique d'un élément rayonnant dans un environnement confiné, - la figure 2 est une vue de dessus schématique d'une partie d'antenne selon l'invention, - la figure 3 est une vue de côté schématique d'un écran de l'antenne de la figure 2, - la figure 4 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une antenne selon 20 l'invention, - la figure 5 montre une vue détaillée d'une partie de l'antenne de la figure 4. - la figure 6 représentent en vue partielle en perspective d'un écran de l'antenne de la figure 4, - la figure 7 représentent en vue partielle de dessus d'un écran de l'antenne de la 25 figure 4. Sur la figure 1, on a représenté un dipôle unitaire 1 fixé sur le fond 2 du boîtier 3 d'une antenne et entourée d'écrans métalliques 4. Le dipôle est composé d'une partie inférieure non rayonnante 5 et d'une partie supérieure rayonnante 6. Les flèches 7 symbolisent les multiples réflexions qui se produisent sur les écrans 4 à cause de leur 30 proximité. 2907264 4 Une partie d'une antenne selon la présente invention est représentée schématiquement sur la figure 2 L'antenne comprend deux réseaux 21, formant des rangées parallèles, composés d'éléments rayonnants unitaires 22. Afin de réduire le couplage, les réseaux 21 sont implantés de manière à ce que les éléments 5 rayonnants 22 soient décalés les uns par rapport aux autres. Les réseaux 21 sont séparées par des écrans 23 qui leur sont parallèles selon l'axe longitudinal Z-Z de l'antenne La figure 3 montre une vue de côté d'un écran 23 dans la direction transversale X-X de l'antenne. La partie inférieure 24 de l'écran 23 est faite d'une feuille métallique plane dont la hauteur est de l'ordre de la hauteur de la partie inférieure non 10 rayonnante des éléments rayonnants unitaires 22. L'écran 23 comporte aussi une partie haute 25 formée de panneaux 26 se succédant dans la direction longitudinale Z-Z. Les panneaux 26 sont composés d'une zone centrale 27, dans le prolongement de la partie inférieure, entourées de deux ailes 28. Les panneaux 26 sont inclinés de manière à faire un angle avec l'axe longitudinal Z-Z de l'antenne, alternativement dans un sens et dans 15 le sens opposé par rapport à l'axe Z-Z formant ainsi une ligne sensiblement en zigzag 29. Les écrans 23 contigus sont installés de telle sorte que les ventres concaves et convexes des lignes en zigzag 29 se correspondent pour former un déflecteur autour des éléments rayonnants 22, comme le montrent les flèches 30, dans le but de dévier les réflexions évitant ainsi qu'elles ne reviennent sur les éléments rayonnants 22. 20 Dans le mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 4 et 5, on a représenté une antenne 41 selon l'invention comprenant quatre réseaux 42 d'éléments rayonnants ou dipôles 43 individuels alignés, qui forment des rangées planes et parallèles. Les dipôles 43 sont réalisés sur un circuit imprimé. Pour des raisons de performance radio-électrique, la distance séparant entre eux les réseaux 42 est d'une 25 demie longueur d'onde 2Ç, où est la longueur d'onde à la fréquence centrale de fonctionnement de l'antenne. Afin de réduire le couplage, les réseaux 42 sont implantés de manière à ce que les dipôles 43 soient décalés les uns par rapport aux autres d'une demie longueur d'onde. Les réseaux 42 sont fixés sur le socle 44 de l'antenne 41 qui porte quatre connecteurs d'entrée 45 correspondant à chacun des quatre réseaux 42 30 d'éléments rayonnant 43 qui sont représentés ici. Les dipôles 43 comporte une partie inférieure 46 non rayonnante surmontées d'une partie supérieure 47 rayonnante. Entre les réseaux 42 sont placés parallèlement des écrans 48 métalliques ayant une hauteur totale sensiblement du même ordre que la hauteur des réseaux 42. Les écrans 48 comportent une partie inférieure 49 plane et une partie supérieure 50 présentant des 2907264 5 panneaux 51 orientés dans un plan différent de celui de la partie inférieure plane 49. Le plan de la partie inférieure 49 est aussi le plan moyen P-P de l'écran 48. Les panneaux 51 comportent une zone centrale 52 dans le prolongement de la partie inférieure 49, et des ailes 53 découpées de part et d'autre de cette zone centrale 52. 5 Un écran 48 selon l'invention est représenté en vue agrandie sur les figures 6 et 7. La partie inférieure 49 a une hauteur qui correspond à la hauteur de la partie non rayonnante 46 des dipôles 43 qui lui font face. La partie supérieure 50 est dans le prolongement de la partie inférieure 49 et en regard de la partie rayonnante 47 des dipôles 43. La partie supérieure 50 présente des découpes sous la forme de fentes 10 verticales régulièrement espacées prolongées de chaque côté par une découpe horizontale incomplète permettant de conserver entre chaque paire de fentes une zone centrale 52 qui reste rattachée à la partie inférieure 49. De part et d'autre de la zone centrale 52 se trouvent deux ailes 53 qui sont repliées chacune d'un côté opposé du plan moyen P-P de l'écran 48, qui passe par la zone centrale 52, de manière à former un 15 angle 54 avec le plan moyen P-P qui est compris entre 25 et 45 . La longueur L totale d'un panneau 51 est comprise entre ?J2 et 214. Les ailes 53 voisines, liées à des zones centrales 52 différentes, sont pliées symétriquement du même côté, de telle sorte que deux panneaux 51 successifs soient orientés chacun dans une direction différente symétriquement par rapport au plan moyen P-P de l'écran 48. La distance D entre deux 20 zones centrales 52 incluse dans des panneaux 51 orientés dans la même direction est comprise entre 0,7k et 0,9X. Dans le mode de réalisation représenté, les ailes 53 ont de préférence une hauteur h comprise entre 2J7 et X/11 et une longueur d comprise entre 2J7 et X/11. REVENDICATIONS 1. Antenne comprenant au moins deux réseaux (21) d'éléments rayonnants (22) disposés linéairement et parallèlement, des écrans métalliques (23) étant intercalés entre les réseaux (21), caractérisée en ce que les écran métalliques (23) comportent une partie inférieure (24) plane parallèle aux réseaux (21) et une partie supérieure (25), en regard de la partie rayonnante (6) des éléments rayonnants (22), comprenant des panneaux (26) formant un angle avec le plan de la partie inférieure (24). 2. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle l'angle est compris entre 25 et 45 . 3. Antenne selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle la longueur totale d'un panneau (26) est comprise entre X/2 et 2J4. 4. Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle chaque panneau (26) est orienté alternativement dans une direction et dans une autre, de part et d'autre du 15 plan de la partie inférieure (24). 5. Antenne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle chaque panneau (26) comporte deux ailes (28) reliées une zone centrale (27) rattachée à la partie inférieure (24) de l'écran (23). 6. Antenne selon la revendication 5, dans laquelle les zones centrales (27) de deux 20 panneaux (26) orientés dans la même direction sont séparées par une distance comprise entre 0,72, et 0,92,. 7. Antenne selon l'une des revendications 5 et 6, dans laquelle chaque aile (28) a une hauteur comprise entre 2J7 et X/11. 8. Antenne selon l'une des revendications 5 à 7, dans laquelle chaque aile (28) a 25 une longueur comprise entre X/7 et 2J11. 6 2907264 9. Procédé de fabrication d'une antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réalisation d'un écran (23) comprend les étapes suivantes : - on découpe au moins deux fentes verticales distantes sur une partie de la hauteur 5 d'une plaque plane, - on prolonge horizontalement les fentes l'une vers l'autre de manière incomplète pour réserver une zone centrale (27) attenante à la plaque, - on plie les panneaux (26) obtenus, de part et d'autre de la zone centrale alternativement dans un sens et dans l'autre.