Brevet FR2971370A1 — publié le 20120810

Système d'antenne à polarisation circulaire et lecteur d'étiquette radiofréquence comportant un tel système La présente invention concerne un système d'antenne à polarisation circulaire et et un lecteur d'étiquette radiofréquence comportant un tel système. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un tel système d'antenne qui comporte des éléments rayonnants disposés sur des moyens formant plan de masse. Il existe déjà dans l'état de la technique, des systèmes d'antenne à polarisation circulaire Cependant ceux-ci nécessitent l'utilisation de circuits annexes et/ou d'éléments rayonnants à plusieurs couches imprimées ou plaquées, superposées. Ceci se traduit alors par une complexité de réalisation relativement importante de ces systèmes d'antenne, de même que par des dimensions, un encombrement et un poids relativement élevés. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'antenne en polarisation circulaire, du type comportant des éléments rayonnants disposés sur des moyens formant plan de masse, caractérisé en ce que les éléments rayonnants comportent des antennes quart- d'onde court-circuitées. Selon d'autres caractéristiques prises seules ou en combinaison : - les éléments rayonnants sont associés à des lignes d'alimentation, - les lignes d'alimentation sont formées par une liaison coaxiale, - les éléments rayonnants sont associés à des lignes de court-circuit, - les éléments rayonnants présentent une section carrée, - les éléments rayonnants présentent une section rectangulaire, et - les éléments rayonnants présentent la forme générale d'un L. Selon un autre aspect, l'invention a également pour objet un lecteur d'étiquette radiofréquence, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système d'antenne tel que décrit précédemment. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite se référant aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 illustre de façon schématique un premier mode de réalisation d'un système d'antenne selon l'invention, la figure 2 représente le coefficient de réflexion S' de l'antenne illustrée sur cette figure 1, 2 la figure 3 illustre l'obtention d'une polarisation circulaire, la figure 4 représente des coefficients de réflexion simulé et mesuré, la figure 5 illustre de façon schématique un deuxième exemple de réalisation d'un système d'antenne selon l'invention, la figure 6 représente le coefficient de réflexion S' de l'antenne illustrée sur cette figure 5, et la figure 7 illustre l'obtention d'une polarisation circulaire avec un tel système d'antenne. On a en effet illustré sur ces figures et en particulier sur la figure 1, un système d'antenne à polarisation circulaire du type comportant des éléments rayonnants disposés sur des moyens formant plan de masse. Sur cette figure 1, le système d'antenne est désigné par la référence générale 1 et comporte des éléments rayonnants désignés par la référence générale 2, disposés sur des moyens formant plan de masse désignés par la référence générale 3. En fait, les éléments rayonnants comportent selon l'invention, des antennes quart- d'onde court-circuitées. Ces antennes sont alors associées à des lignes d'alimentation telles que désignées par la référence générale 4 sur cette figure 1, constituées par exemple par une liaison coaxiale et à des lignes de court-circuit, telles que celles désignées par les références générales 5 et 6 sur cette figure 1. En fait, cette structure met alors en ceuvre par exemple des antennes de type «PIFA » (Planar Inverted Folded Antenna), c'est-à-dire des antennes quart-d'onde court-circuitées, connues en soi dans l'état de la technique, mais qui n'ont jamais été jusqu'à présent proposées en polarisation circulaire. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, les éléments rayonnants comportent alors un élément de section carrée ou rectangulaire. D'autres modes de réalisation possibles peuvent être envisagés comme cela sera décrit plus en détail par la suite. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1, l'antenne est alors une antenne de type « PIFA » dont les dimensions peuvent par exemple être les suivantes : longueur : 65 mm, largeur : 70 mm, hauteur : 20 mm, avec une alimentation de type coaxiale. Les courts-circuits peuvent également être de section rectangulaire et avoir pour dimensions : L Court-Circuit = 2 mm, W_CC = 0,3 mm, avec une hauteur identique à la hauteur de l'antenne, soit 20 mm. Le matériau conducteur utilisé pour l'antenne et les courts-circuits est le « maillechort » d'épaisseur 0,3 mm. La figure 2 illustre le coefficient de réflexion S' de cette antenne, tel qu'obtenu par simulation. Le point d'alimentation est placé sur la diagonale du système pour avoir une adaptation proche des 50 ohms. On observe une fréquence de résonance du système égale à 880 MHz avec un coefficient S' _ - 19,9 dB. On constate alors que cette antenne est très bien adaptée dans la bande de fréquence 847 MHz-916 MHz, ce qui donne une largeur de bande théorique de 69 MHz. La figure 3 montre le rapport axial dans le plan phi = 0 °, en fonction de l'angle thêta mesuré par rapport à la verticale de l'antenne (de 0° à 30°), pour plusieurs fréquences dans la bande 830-975 MHz. Ces résultats montrent que la polarisation circulaire considérée pour un rapport axial inférieur à 3 dB, est obtenue et conservée pour un angle thêta autour de 13° dans le plan phi = 0°(plan vertical colinéaire au bord de l'antenne du côté court-circuit n°5 et point d'alimentation), pour des fréquences allant de 830 à 976 MHz, soit une bande de 146 MHz. La polarisation circulaire est ainsi obtenue pour une ouverture minimale de lobe de 4° dans la bande allant de 860 à 975 MHz. Les résultats de simulation ont été vérifiés en réalisant cette antenne et en procédant à des mesures sur celle-ci. Les résultats simulés et mesurés sont relativement proches comme le montre la figure 4. En réalisation, on observe une bande passante de 69 MHz avec un minima de coefficient de réflexion S' de -13,2 dB. Le rayonnement de cette antenne a été mesuré dans une chambre anécho'ide afin de vérifier l'existence de la polarisation circulaire dans la bande de fréquence souhaitée. Cette polarisation circulaire existe dans la direction phi = 0° et thêta = 20°. Elle est présente au moins dans la bande 870-920 MHz et peut être même au-delà car les tests ont été limités à 920 MHz. La figure 5 illustre un autre exemple de réalisation d'un tel système d'antenne dont les éléments rayonnants présentent la forme générale d'un L, c'est-à-dire de deux antennes « PIFA » classiques croisées. Sur cette figure 5, le système d'antenne est désigné par la référence générale 10, les éléments rayonnants par la référence générale 11, le plan de masse par la référence générale 12, la ligne d'alimentation coaxiale par la référence générale 13 et les lignes de court-circuit respectivement par les références 14 et 15. En fait, l'élément rayonnant comporte deux antennes de type « PIFA » croisées, désignées par les références générales 16 et 17. Les dimensions de ces différentes portions d'antennes peuvent alors être les suivantes : pour l'une, une longueur de 49 mm, une largeur de 12 mm et une hauteur de 20 mm, et pour l'autre, une longueur de 50 mm, une largeur de 12 mm et une hauteur de 20 mm. L'alimentation peut être de type coaxial et les courts-circuits peuvent présenter des sections rectangulaires ayant pour dimensions L_Court-Circuit = 2 mm et W_CC = 0,3 mm. La hauteur peut également être égale à 20 mm et la distance entre les courts- circuits et l'alimentation est de 10 mm. Le matériau conducteur utilisé pour l'antenne et les courts-circuits est le « maillechort » d'épaisseur 0,3 mm. Le coefficient de réception correspondant S' est illustré sur la figure 6. On observe alors une bonne adaptation, c'est-à-dire un coefficient S' minimal d'environ - 30 dB, dans la bande de fréquence 854-890 MHz (S' s 10 dB), ce qui donne une bande passante de 36 MHz. Cette bande de fréquence est légèrement inférieure à celle observée pour l'exemple de réalisation précédent (BP = 69 MHz). Le rapport axial dans la bande de fréquence 850-890 MHz et dans le plan phi = 0 °, est illustré sur la figure 7 pour les angles allant de 0 à 40°. On observe également de la polarisation croisée dans toute la bande de fréquence (854-890 MHz) avec phi = 0 ° et dans un angle thêta = 24°. On conçoit alors que les exemples d'antennes illustrés présentent un certain nombre d'avantages par rapport à celles proposées dans l'état de la technique. En effet, les dimensions globales des antennes présentées sont très inférieures à celles des antennes classiques imprimées ou plaquées. Bien entendu d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés et les dimensions mentionnées peuvent encore être réduites par l'utilisation de diélectrique de permittivités supérieures à 1 placé sur et/ou sous l'antenne, entre élément rayonnant et plan de masse. On notera également qu'une polarisation circulaire de sens opposé peut être obtenue par la réalisation de structures symétriques par rapport à l'axe diagonal du système. Un tel système d'antenne trouve avantageusement des applications par exemple dans la réalisation d'un lecteur d'étiquettes radiofréquences telles que les étiquettes connues sous le nom de RFID. Bien entendu, d'autres modes de réalisation et d'autres applications peuvent être envisagés. REVENDICATIONS1.- Système d'antenne en polarisation circulaire, du type comportant des éléments rayonnants (2 ; 11) disposés sur des moyens formant plan de masse (3 ; 12) caractérisé en ce que les éléments rayonnants comportent des antennes quart-d'onde court-circuitées. 2.- Système d'antenne en polarisation circulaire, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments rayonnants sont associés à des lignes d'alimentation (4 ; 13). 3.- Système d'antenne en polarisation circulaire, selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lignes d'alimentation sont formées par une liaison coaxiale (4 ; 13). 4.- Système d'antenne en polarisation circulaire, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments rayonnants sont associés à des lignes de court-circuit (5, 6 ; 14, 15). 5.- Système d'antenne en polarisation circulaire, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments rayonnants présentent une section carrée. 6.- Système d'antenne en polarisation circulaire, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments rayonnants présentent une section rectangulaire. 7.- Système d'antenne en polarisation circulaire, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments rayonnants présentent la forme générale d'un L. 8.- Lecteur d'étiquette radiofréquence, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système d'antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes.