Brevet FR2944157A1 — publié le 20101008

Antenne de type pavé, à polarisation reconfigurable, avec un unique point d'excitation. L'invention porte sur les antennes de type pavé, plus particulièrement sur la polarisation du champ rayonné par ces antennes. La dénomination � pavé � (ou encore � pastille � ou � patch � en langue anglaise) est couramment utilisée par l'homme du métier pour les antennes comprenant un pavé micro-ruban imprimé en surface d'un substrat diélectrique, à une certaine distance d'un plan métallique dit `plan de masse', classiquement gravé sur l'autre face du substrat. Ces antennes sont de faible épaisseur. Le motif imprimé est le plus souvent de forme rectangulaire ou elliptique. La polarisation du champ rayonné des antennes de type pavé est définie par les courants circulant à la surface du pavé micro-ruban (� microstrip � en langue anglaise). Plus précisément, pour une polarisation linéaire du champ rayonné, l'excitation des courants est couramment obtenue à partir d'une sonde métallique (par exemple l'âme d'un coaxial) soudée au pavé micro-ruban ou d'un trou métallisé réalisé dans le substrat diélectrique. On définit deux directions de polarisation linéaire, orthogonales entre elles: une polarisation linéaire dite verticale, et une polarisation linéaire croisée dite horizontale. Chacune de ces polarisations correspond à une distribution donnée du courant sur le pavé micro-ruban. Pour obtenir ces deux directions de polarisation, dans le cas où l'excitation des courants est obtenue à partir de sondes ou de trous métallisés, deux points d'excitation sont réalisés dans le substrat diélectrique de façon à générer les deux distributions possible de courant sur le pavé micro-ruban grâce à deux types d'alimentation distincts. Des circuits de commutation relativement volumineux permettent de choisir l'une ou l'autre des polarisations en sélectionnant l'un des trous métallisés ou de sondes. Ces circuits sont relativement encombrants et nécessitent donc un espace important pouvant être incompatible avec certaines utilisations. Ceci est le cas par exemple des antennes réseaux où l'espace disponible en arrière d'un élément rayonnant est limité par la maille du réseau. Un but de l'invention est notamment de résoudre les problèmes énoncés ci-dessus. A cet effet, il est proposé selon un aspect de l'invention, une antenne de type pavé à polarisation reconfigurable, comprenant au moins une couche de substrat sur lequel est formé un pavé micro-ruban. Selon une caractéristique générale de cet aspect, ledit pavé micro-ruban est divisé en au moins trois zones parmi lesquelles : une zone centrale au sein de laquelle se trouve un unique point d'excitation, une zone dite de polarisation verticale et une zone dite de polarisation horizontale, respectivement couplées à ladite zone centrale, la connexion de l'une ou de l'autre desdites zones de polarisation verticale ou horizontale à la zone centrale permettant de polariser linéairement le champ rayonné par ladite antenne respectivement selon une direction verticale ou horizontale. En d'autres termes, on modifie la structure du pavé micro-ruban 25 de l'antenne de façon que celle-ci soit capable de rayonner selon deux types de polarisations linéaires, à partir d'un seul point d'excitation. L'antenne proposée est particulièrement compacte en raison de la suppression des circuits de commutation utilisés dans l'art antérieur pour basculer d'un type d'alimentation à un autre. 30 L'antenne proposée a en outre des pertes énergétiques très limitées. Selon un mode de réalisation, lesdites zones de polarisation verticale et horizontale sont couplées à la zone centrale par l'intermédiaire d'au moins un élément de commutation formé par un composant comprenant deux états : conducteur et isolant. Selon un mode de réalisation, la partie centrale peut être de forme carrée, la zone de polarisation verticale peut être de forme rectangulaire et disposée le long d'un coté de la partie centrale, et la zone de polarisation horizontale peut être de forme rectangulaire et disposée le long d'un autre coté de ladite zone centrale, orthogonalement à ladite zone de polarisation verticale. Selon un mode de réalisation, ledit pavé micro-ruban peut être formé par des pastilles élémentaires métalliques espacées les unes des autres d'une distance choisie, chaque pastille étant reliée aux pastilles adjacentes par l'intermédiaire d'un élément de commutation, un premier ensemble de pastilles formant la zone centrale, un deuxième ensemble de pastilles formant la zone de polarisation verticale et un troisième ensemble de pastilles formant la zone de polarisation horizontale. Selon un mode de réalisation, l'antenne peut comprendre un empilement d'au moins deux couches de substrat, un pavé micro-ruban étant 20 formé sur chaque substrat. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation de l'invention, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre de façon très schématique une antenne de 25 type pavé selon l'invention, les figures 2 et 3 illustrent un mode de réalisation selon l'invention, et la figure 4 illustre un autre mode de réalisation selon l'invention. On se réfère à la figure 1. La référence ANT désigne une antenne 30 de type pavé. Dans cet exemple, l'antenne ANT possède une seule couche de substrat diélectrique SUB sur une face duquel est imprimé un pavé de type micro-ruban PMS, et sur l'autre face duquel est imprimé un plan de masse PM. En variante, l'antenne ANT pourrait être réalisée à l'aide d'un empilement de couches substrat/pavé micro-ruban, par exemple au nombre de deux. Le point d'excitation, ici un trou métallisé TR, est réalisé au sein du substrat SUB de façon à amener un courant sur le pavé micro-ruban PMS. En variante, le point d'excitation pourrait être réalisé à l'aide d'une sonde. Comme explicité ci-avant, la circulation de courant à la surface du pavé micro-ruban PMS permet de polariser le champ rayonné par l'antenne ANT. On rappelle que la polarisation peut être de deux types : - linéaire dite verticale, et - linéaire croisée dite horizontale. Pour obtenir ces deux types de polarisation, la géométrie du pavé micro-ruban PMS comprend trois zones dites : centrale, de polarisation horizontale et de polarisation verticale. La figure 2 illustre un premier mode de réalisation du pavé micro-ruban PMS, vu du dessus. Celui-ci est formé de petites pastilles métalliques PS. Dans cet exemple, ces pastilles PS ont une forme carrée, mais elles pourraient avoir une autre forme, par exemple en forme de disque. Dans cet exemple, les pastilles sont disposées régulièrement de façon à former un carré. Un espace choisi sépare chacune des pastilles des 25 pastilles adjacentes. Une pastille PS est reliée aux quatre pastilles adjacentes par l'intermédiaire d'un commutateur COM (encore appelés éléments de commutation). Ces éléments de commutation COM peuvent être formés à l'aide 30 de diodes de type PIN, de commutateurs miniatures électromécaniques couramment appelés MEMS par l'homme du métier, de commutateurs électro-optiques. Plus généralement, les éléments de commutation COM peuvent être formés par toute structure possédant un état � OUVERT � (conducteur) et � FERME � (isolant). Les éléments de commutation COM ont pour fonction de relier ou non une pastille PS avec les pastilles PS qui lui sont adjacentes. Plus précisément, l'ouverture d'un élément de commutation COM déconnecte la liaison entre deux pastilles PS. Selon la configuration prise par les pastilles connectées entre-elles, on aboutit à un pavé micro-ruban PMS polarisé d'une façon ou d'une 10 autre. Ces différentes configurations sont décrites plus en détail sur la figure 3. Sur la partie gauche de la figure 3 est représentée une première configuration permettant une polarisation dite verticale (� V �) du champ 15 rayonné par l'antenne. Sur la partie droite de la figure 3 est représentée une deuxième configuration permettant une polarisation dite horizontale (� H �) du champ rayonné par l'antenne. Les pastilles PS connectées entre-elles sont grisées 20 (commutateurs COM fermés). Les pastilles PS restées blanches sont déconnectées des autres (commutateurs COM ouverts) Ces deux configurations permettent de révéler les trois zones distinctes du pavé micro-ruban PMS : une zone dite centrale référencée ZC, 25 une zone dite de polarisation verticale référencée ZPV, et une zone dite de polarisation horizontale référencée ZPH. La connexion de la zone dite de polarisation verticale ZPV à la zone centrale permet de polariser le champ rayonné par l'antenne verticalement. 30 Les pastilles PS de la zone dite de polarisation horizontale se comportent comme des éléments parasites. A l'inverse, la connexion de la zone dite de polarisation horizontale ZPV à la zone centrale permet de polariser le champ rayonné par l'antenne horizontalement. De même, les pastilles PS de la zone dite de polarisation verticale se comportent comme des éléments parasites. Dans cet exemple, la pastille PSI située au coin inférieur droit du pavé micro-ruban PMS, se comporte constamment comme un élément parasite. Un seul point d'excitation TR réalisé au sein d'une pastille PS localisée dans la zone centrale ZC permet l'obtention de l'une ou de l'autre polarisation linéaire. La commutation de la polarisation est effectuée par une rotation de 90° de la figure formée par les pastilles connectées entre-elles. On se réfère à présent à la figure 4 qui illustre un autre mode de réalisation du pavé micro-ruban PMS selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, le pavé micro-ruban PMS est formé de trois blocs : un bloc formant la zone centrale ZC, un autre bloc formant la zone de polarisation verticale ZPV et un autre bloc formant la zone de polarisation horizontale ZPH (voir dessin de gauche de la figure 4). Les zones de polarisation verticale et horizontale ZPV et ZPH sont chacune couplée à la zone centrale ZC via des éléments de commutation COM. L'unique point d'excitation (ici un trou métallisé) TR est réalisé au sein de la zone centrale ZC. Lorsqu'il est souhaité que le champ rayonné par l'antenne soit polarisé verticalement, la zone de polarisation verticale ZPV est connectée à la zone centrale ZC (voir le dessin central de la figure 4, polarisation � V �). La zone de polarisation horizontale ZPH n'est quant à elle pas connectée à la zone centrale ZC. A l'inverse, lorsqu'il est souhaité que le champ rayonné par l'antenne soit polarisé horizontalement, la zone de polarisation horizontale ZPH est connectée à la zone centrale ZC (voir le dessin de droite de la figure 4, polarisation � H �). La zone de polarisation verticale ZPV n'est quant à elle pas connectée à la zone centrale ZC. La géométrie de ce mode de réalisation est relativement simple avec un nombre d'éléments de commutation limité pour jouer sur la 5 configuration du pavé micro-ruban PMS. REVENDICATIONS1. Antenne (ANT) de type pavé à polarisation reconfigurable, comprenant au moins une couche de substrat sur lequel est formé un pavé micro-ruban (PMS), caractérisée par le fait ledit pavé micro-ruban est divisé en au moins trois zones parmi lesquelles : une zone centrale (ZC) au sein de laquelle se trouve un unique point d'excitation (TR), une zone dite de polarisation verticale (ZPV) et une zone dite de polarisation horizontale (ZPH), respectivement couplées à ladite zone centrale, la connexion de l'une ou de l'autre desdites zones de polarisation verticale ou horizontale à la zone centrale permettant de polariser linéairement le champ rayonné par ladite antenne respectivement selon une direction verticale ou horizontale. 2. Antenne selon la revendication précédente, dans laquelle lesdites zones de polarisation verticale et horizontale sont couplées à la zone centrale par l'intermédiaire d'au moins un élément de commutation (COM) formé par un composant comprenant deux états : conducteur et isolant. 3. Antenne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la partie centrale (ZC) est de forme carrée, la zone de polarisation verticale (ZPV) est de forme rectangulaire et disposée le long d'un coté de la partie centrale, et la zone de polarisation horizontale (ZPH) est de forme rectangulaire et disposée le long d'un autre coté de ladite zone centrale, orthogonalement à ladite zone de polarisation verticale. 4. Antenne selon la revendication précédente, dans laquelle ledit 30 pavé micro-ruban est formé par des pastilles élémentaires métalliques (PS) espacées les unes des autres d'une distance choisie, chaque pastille étantreliée aux pastilles adjacentes par l'intermédiaire d'un élément de commutation (COM), un premier ensemble de pastilles formant la zone centrale, un deuxième ensemble de pastilles formant la zone de polarisation verticale (ZPV) et un troisième ensemble de pastilles formant la zone de polarisation horizontale (ZPH). 5. Antenne selon l'une des revendications précédentes, comprenant un empilement d'au moins deux couches de substrat (SUB), un pavé micro-ruban étant formé sur chaque substrat.10