Brevet FR3072215A1 — publié le 20190412

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les antennes 5 radioélectriques adaptées à émettre et/ou à recevoir des ondes électromagnétiques. Elle concerne plus particulièrement une antenne comportant : - une plaque rayonnante dans laquelle sont ménagées deux fentes orthogonales en T, dont une première fente qui forme la tête du T et une seconde 10 fente qui forme le pied du T, ladite seconde fente étant la seule qui débouche sur le bord périphérique de la plaque rayonnante, lesdites deux fentes délimitant deux ailes qui sont situées de part et d'autre de la seconde fente et qui présentent deux bords d'extrémité en vis-à-vis délimitant ladite seconde fente, et - un élément de connexion électrique de l'antenne à une ligne 15 d'alimentation (typiquement à un câble coaxial), dont une borne est connectée électriquement au bord d'extrémité d'une première desdites ailes, et dont une autre borne est connectée électriquement à la plaque rayonnante, à distance de la première aile. L'invention trouve une première application particulièrement avantageuse 20 dans la réalisation d'antennes pour appareils mobiles, notamment d'antennes de réception de signaux WIFI (régis par les normes du groupe IEEE 802.11 ou ISO/CEI 8802-11). ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Parmi les antennes de réception de signaux UHF, on pourra ici 25 principalement distinguer les antennes râteaux et les antennes planes. De manière classique, une antenne râteau comporte une pluralité de tiges montées sur un bras de support, dont une tige arrière appelée réflecteur, une tige intermédiaire dite rayonnante et une ou plusieurs tiges avant appelées directeurs. Ces différentes tiges sont accordées en fonction des longueurs d'onde 30 des signaux à recevoir. La tige rayonnante constitue l'élément actif de cette antenne, puisque c'est elle qui transmet les signaux UHF au poste de télévision via un câble coaxial. Elle forme une boucle autour du bras de support, avec deux brins respectivement branchés aux conducteurs électriques intérieur et extérieur du câble coaxial. Cette 2 tige rayonnante est communément appelée trombone. Les inconvénients majeurs d'une telle antenne râteau sont son encombrement important et son manque d'esthétisme, qui n'autorisent son installation que sur le toit d'une habitation. Les antennes planes pallient ces inconvénients. La plupart d'entre elles présentent en revanche une bande de fréquences d'émission et de réception de signaux réduite, ne permettant par exemple pas de couvrir la totalité des fréquences des signaux UHF de télévision. On connaît toutefois du document FR2956251 une antenne plane telle que définie en introduction, qui fonctionne selon un principe homologue à celui d'une antenne râteau. Grâce à sa géométrie particulière, avec ses fentes en T, sa plaque rayonnante forme en effet une sorte de trombone (on parle de doublet replié). Si cette antenne plane permet de recevoir des signaux avec une qualité souvent satisfaisante, on constate toutefois qu'elle présente un gain perfectible dans certaines zones de sa bande de fréquences de réception. Par ailleurs, il s'avère parfois difficile d'optimiser la taille de cette antenne de façon à ce que, d'une part, elle reçoive les signaux dans la bande de fréquence souhaitée avec un gain satisfaisant, et que, d'autre part, elle présente une 20 impédance souhaitée. A ce sujet, on rappellera que l'impédance d'une antenne est le rapport complexe observé entre la tension et le courant à l'entrée d'une antenne en émission. L'utilité de cette notion est importante pour assurer un transfert de signaux qui est optimal entre l'antenne et l'appareil qui y est connecté. 25 Généralement, on cherche à ce que l'antenne présente une impédance de 50 Ohms (ou 75 Ohms pour la TNT), égale à celle du câble coaxial à laquelle elle est connectée, de façon à assurer la transmission d'un signal fidèle sur ce câble, quelle que soit la longueur de ce dernier. On doit alors intercaler entre l'antenne et le câble coaxial un dispositif 30 d'adaptation d'impédance qui aura pour but de transformer l'impédance complexe de l'antenne en une résistance pure de 50 ou 75 Ohms. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose une nouvelle antenne plane comportant un doublet 3 replié et un doublet simple situé à l'intérieur du doublet replié. Plus particulièrement, on propose selon l'invention une antenne telle que définie dans l'introduction, dans laquelle la plaque rayonnante comporte deux pattes qui s'étendent dans la première fente, parallèlement aux ailes, dont une 5 première patte qui est connectée électriquement au bord d'extrémité de la première aile uniquement, et dont une seconde patte qui est connectée électriquement à la plaque rayonnante, à distance de la première aile. Les deux pattes forment un doublet simple (également appelé dipôle demi-onde ou doublet de Hertz), si bien que l'antenne est formée de deux 10 éléments rayonnants à connecter à la même alimentation (c'est-à-dire au même câble coaxial) : le doublet replié et le doublet simple. Théoriquement, la juxtaposition de deux doublets présente aucun intérêt, sauf à ce que ces deux doublets rayonnent dans des bandes de fréquences différentes. 15 Toutefois, le demandeur a constaté que cette juxtaposition permettait de réduire l'impédance de l'antenne, de façon à pouvoir plus facilement atteindre l'impédance souhaitée (généralement 50 ou 75 ohms). Ainsi, grâce à l'invention, il est possible d'utiliser l'antenne sans dispositif d'adaptation d'impédance, ce qui permet de réduire son coût de fabrication. On notera ici que cet effet sur l'impédance de l'antenne est valable que les deux doublets rayonnent dans des bandes de fréquences différentes ou dans la même bande de fréquences. Toutefois, l'intérêt majeur d'utiliser un doublet simple avec à un doublet replié est que le doublet simple peut être placé à l'intérieur du doublet replié (de sorte qu'il n'augmente pas l'encombrement de l'antenne) et peut être dimensionné de façon à rayonner dans la même bande de fréquences que le doublet replié (ce qui ne serait pas possible avec deux doublets repliés, qui devraient sinon avoir les mêmes dimensions, si bien qu'il ne serait pas possible de les placer l'un dans l'autre). D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'antenne conforme à l'invention sont les suivantes : - la seconde patte est connectée électriquement au bord d'extrémité de la seconde aile uniquement ; - la première fente est délimitée, d'un côté, par les deux ailes, et, des 4 autres, par une bande, - les deux ailes forment avec la bande un doublet replié présentant une première fréquence de résonnance centrale, - les première et seconde fréquences de résonnance centrales sont 5 distinctes et écartées d'au moins 200MHz ; - les première et seconde fréquences de résonnance centrales sont sensiblement égales, à 100MHz près ; - la première fente étant délimitée, d'un côté, par les deux ailes, et, de l'autre, par une partie de bande, les deux pattes s'étendent à une distance des 10 ailes et de la partie de bande qui est supérieure au quart de la distance séparant les ailes de la partie de bande ; - la plaque rayonnante comporte un brin rectiligne dont l'une des extrémités est libre et dont l'autre est connectée électriquement au bord d'extrémité de la première aile ; 15 - le brin rectiligne s'étend dans une encoche pratiquée dans la première aile ; - la plaque rayonnante est réalisée dans un matériau métallique et est située sur un substrat diélectrique plat. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION 20 La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique de face d'un premier mode de 25 réalisation d'une antenne conforme à l'invention ; et - la figure 2 est une vue schématique de face d'un second mode de réalisation de l'antenne conforme à l'invention. Sur les figures 1 et 2, on a représenté deux modes de réalisation d'une antenne 1 ; 11. 30 Dans ces deux modes, il s'agit d'une antenne plane qui est conçue pour capter des signaux UHF (notamment des signaux de type WIFI), pour présenter un gain important et pour avoir une impédance égale à une valeur souhaitée (par exemple 50 ou 75 ohms), de manière à pouvoir capter des signaux de faibles puissances. Cette antenne 1 ; 11 est passive, en ce sens qu'elle est dépourvue de 5 tout composant électronique, notamment d'amplificateur et de dispositif d'adaptation d'impédance. L'antenne 1 représentée sur la figure 1 est particulièrement adaptée à émettre et recevoir des signaux WIFI. 5 L'antenne 11 représentée sur la figure 2 est quant à elle particulièrement adaptée à émettre et recevoir des signaux dans différentes bandes de fréquences. Il pourra par exemple s'agir de signaux : - dans la bande de 700 à 900 MHz, - dans la bande de 1700 à 2500 MHz, et 10 - dans une bande autour de 5 GHz. En variante, chaque antenne 1 ; 11 pourrait être conçue pour capter des signaux dans d'autres bandes de fréquences, en modifiant ses dimensions en conséquence. Chaque antenne 1 ; 11 peut par exemple être prévue pour être 15 positionnée verticalement. Dans cette position, on définit respectivement la hauteur H1 et la largeur L1 de l'antenne 1 ; 11 comme les deux dimensions verticale et horizontale de cette antenne 1 ; 11. Cette antenne 1 ; 11 comporte deux éléments essentiels, à savoir une plaque rayonnante 2 ; 12 et un élément de connexion électrique 8 ; 18 qui est 20 branché sur la plaque rayonnante 2 ; 12 et qui permet de transmettre le signal reçu par celle-ci vers un appareillage électrique, via une ligne d'alimentation telle qu'un câble coaxial. On pourra envisager que l'appareillage électrique soit formé par un terminal mobile (téléphone, tablette, ordinateur...). L'antenne 1 ; 11 pourrait également comporter, de part et d'autre de la 25 plaque rayonnante 2 ; 12, un réflecteur et un directeur accordés en fréquence avec la plaque rayonnante 2 ; 12 pour permettre d'optimiser les performances de cette dernière. Ces deux éléments étant bien connus de l'homme du métier, ils ne seront pas ici décrits. La plaque rayonnante 2 ; 12 constitue le composant actif de cette 30 antenne 1 ; 11, puisque c'est elle qui reçoit et émet les signaux. La plaque rayonnante 2 ; 12 est plane et présente un bord périphérique extérieur de forme globalement rectangulaire. Elle présente en outre un axe de symétrie vertical A1. La plaque rayonnante 2 de l'antenne 1 représentée sur la figure 1 forme 6 deux dipôles à savoir un doublet replié et un doublet simple. La plaque rayonnante 12 de l'antenne 11 représentée sur la figure 2 forme quant à elle, outre ces deux dipôles, un brin quart d'onde. Pour clarifier le présent exposé, on pourra dans un premier temps décrire 5 l'antenne 1 représentée sur la figure 1, puis ensuite préciser en quoi l'antenne 11 représentée sur la figure 2 diffère de celle représentée sur la figure 1. Telle que représentée sur la figure 1, la plaque rayonnante 2 présente donc un bord périphérique extérieurement globalement rectangulaire, avec quatre côtés. Cette plaque rayonnante 2 présente deux fentes orthogonales en T, qui 10 débouchent l'une sur l'autre. La première fente 3, de forme rectangulaire, constitue la tête du T et la seconde fente 4, également de forme rectangulaire, constitue le pied du T. Cette seconde fente 4 est la seule qui débouche sur le bord périphérique de la plaque rayonnante 2, à savoir sur le bord inférieur de la plaque rayonnante 2. Elle présente une largeur ici inferieure au millimètre. 15 Ces deux fentes 3, 4 délimitent deux ailes 5, 6 qui sont situées de part et d'autre de la seconde fente 4 et qui présentent deux bords d'extrémité 5A, 6A en vis-à-vis délimitant la seconde fente 4. La première fente 3 est quant à elle délimitée, d'un côté, par les deux ailes 5, 6, et, des autres, par une bande 7 qui comporte une partie longitudinale 7A et des parties latérales 7B. 20 La bande 7 et les ailes 5, 6 forment ensemble le doublet replié, lequel présente une première fréquence de résonnance centrale Fl. On observe par ailleurs sur la figure 1 que la plaque rayonnante 2 comporte deux pattes 9A, 9B qui s'étendent dans la première fente 3, selon un même axe, parallèlement aux ailes 5, 6 et la partie longitudinale 7A de la bande 7. 25 Ces deux pattes 9A, 9B sont situées symétriquement par rapport à l'axe A1, et présentent donc une première extrémité orientée vers l'autre patte, et une extrémité opposée. Les premières extrémités de ces pattes 9A, 9B sont écartées l'une de l'autre d'une distance inférieure au millimètre. Une première de ces pattes 9B est connectée électriquement au bord 30 d'extrémité 6A d'une première des ailes 6, par sa première extrémité uniquement, via une bande de jonction 6B. Ici, la seconde patte 9A est connectée électriquement au bord d'extrémité 5A de la seconde aile 5, par sa première extrémité uniquement, via une bande de jonction 5B. 7 Les deux bandes de jonction 5B, 6B s'étendent ici en parallèle, orthogonalement aux pattes 9A, 9B, dans le prolongement des bords d'extrémité 5A, 6A des deux ailes 5, 6. Les deux pattes 19A, 19B forment ainsi un doublet simple présentant 5 une seconde fréquence de résonnance centrale F2. L'élément de connexion électrique 8 est ici formé par un bornier de câble coaxial. Classiquement, ce bornier comporte un socle à partir duquel s'étendent cinq broches. 10 La broche centrale 8A est ici connectée électriquement au bord d'extrémité 6A de la première aile 6, par une fine ligne de connexion électrique 8B d'environ 1 mm de large qui s'étend dans une encoche prévue dans la seconde aile 5. Les quatre autres broches 8B sont connectées à la seconde aile 5, à 15 proximité de son bord d'extrémité 5A (l'une au moins de ces broches est située à une distance de ce bord d'extrémité 5A qui est inférieure au centimètre). La plaque rayonnante 2 est ici métallique. Le matériau est choisi pour être non seulement conducteur électriquement mais également peu onéreux. Ici, la plaque rayonnante 2 est réalisée d'une seule pièce en laiton. Elle pourrait en 20 variante être réalisée dans un matériau autre, tel que par exemple l'aluminium ou le cuivre. Cette plaque rayonnante 2 est préférentiellement située sur une face plane d'un support diélectrique. En pratique, ce support diélectrique pourra être constitué par le substrat d'un circuit imprimé, lequel pourra par exemple être en 25 bakélite. Alors, la fine couche de laiton formant la plaque rayonnante 2 pourra être imprimée sur l'une des faces de ce support diélectrique. L'élément de connexion électrique 8 pourra quant à lui être placé sur l'autre face de ce support diélectrique. On peut maintenant donner en exemple les dimensions de la plaque 30 rayonnante 2 du mode de réalisation de l'antenne 1 représenté sur la figure 1. La largeur L1 de la plaque rayonnante 2 est choisie en fonction de la fréquence basse de la bande de fréquences dans laquelle on souhaite que le doublet replié rayonne. Elle est ici égale à environ 60 mm. La hauteur H1 de la plaque rayonnante 2 est quant à elle choisie en 8 fonction de la largeur de la bande de fréquences du doublet replié. Elle n'est pas choisie pour être trop élevée, de manière à ne pas réduire le gain de l'antenne 1. Ici, comme le montre la figure 1, la plaque rayonnante 2 présente une hauteur H1 environ égale à 30 millimètres. 5 On comprend que ces largeur L1 et hauteur H1 déterminent la fréquence de résonnance centrale F1 du doublet replié. L'épaisseur de la plaque rayonnante 2 est ici particulièrement faible, de l'ordre de 0,3 millimètre, de manière à réduire le coût des matières premières nécessaires à la fabrication de l'antenne 1. 10 La hauteur H2 des ailes 5, 6 est d'environ 12mm. La largeur H3 de la bande 7 est d'environ 1mm. On notera ici que les valeurs de hauteur H2, H3 et la valeur de la distance séparant les ailes 5, 6 de la partie longitudinale 7A de la bande 7 pourront être ajustées pour augmenter ou réduire l'impédance. La longueur L2 des bras 9A, 9B est d'environ 24mm, si bien que les 15 extrémités libres de ces bras sont situées à moins de 5mm de la bande 7. C'est cette longueur L2 qui détermine la fréquence de résonnance centrale F2 du doublet simple. La hauteur H4 des bras 9A, 9B est d'environ 2,5mm. Ces bras sont écartés d'environ 4 mm des ailes et de la partie longitudinale 7A de la bande 7. 20 Grâce à ces dimensions, les première et seconde fréquences de résonnance centrales F1, F2 (du doublet replié et du doublet simple) sont sensiblement égales, à 100MHz près. Le second mode de réalisation de l'antenne 11 représenté sur la figure 2 diffère du premier mode par ses dimensions, ainsi que par la présence d'un brin 25 rectiligne 20, ce qui permet à l'antenne de rayonner non seulement dans des bandes de fréquence centrées autour des fréquences de résonnance centrales F1, F2, mais également dans une troisième bande de fréquence. Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, l'antenne 11 représentée sur la figure 2 comporte deux fentes 13, 14 en T, deux ailes 15, 16, 30 une bande 17, et deux bras 19A, 19B. Le brin rectiligne 20, également appelé « brin quart d'onde », présente une extrémité libre et une extrémité opposée qui est connectée électriquement au bord d'extrémité 16A de la première aile 16. Il s'étend dans une encoche 16B pratiquée dans le bord inférieur de la 9 première aile 16. On peut donner en exemple les dimensions de la plaque rayonnante 12 de ce second mode de réalisation de l'antenne 11. La largeur L1 de la plaque rayonnante 12 est ici égale à environ 130mm. 5 La hauteur H1 de la plaque rayonnante 12 est environ égale à 35 millimètres. La hauteur H2 des ailes 15, 16 est d'environ 18mm. La largeur H3 de la bande 17 est d'environ 1mm. La longueur L2 des bras 19A, 19B est d'environ 28mm, si bien que les extrémités libres de ces bras sont situées à plus d'un centimètre de la bande 17. 10 La hauteur H4 des bras 19A, 19B est d'environ 6,5mm. Ces bras sont écartés d'environ 6mm des ailes et de la partie longitudinale 17A de la bande 17. Le brin rectiligne 20 présente une longueur L3 d'environ 17 mm et une hauteur H5 d'environ 1 mm. Grâce à ces dimensions, les première et seconde fréquences de 15 résonnance centrales F1, F2 (du doublet replié et du doublet simple) sont distinctes et écartées d'au moins 200MHz. En effet, les doublets simples des deux modes de réalisation de l'antenne 1 ; 11 rayonnent environ dans les mêmes bandes de fréquences, alors que les doublets repliés rayonnent dans des fréquences très différentes. 20 La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l'invention. REVENDICATIONS1. Antenne (1 ; 10) comportant : - une plaque rayonnante (2 ; 12) dans laquelle sont ménagées deux fentes orthogonales en T, dont une première fente (3 ; 13) qui forme la tête du T et une seconde fente (4 ; 14) qui forme le pied du T, ladite seconde fente (4 ; 14) étant la seule qui débouche sur le bord périphérique de la plaque rayonnante (2 ; 12), lesdites deux fentes délimitant deux ailes (5, 6 ; 15, 16) qui sont situées de part et d'autre de la seconde fente (4 ; 14) et qui présentent deux bords d'extrémité (5A, 6A ; 15A, 16A) en vis-à-vis délimitant ladite seconde fente (4 ; 14), et - un élément de connexion électrique (8 ; 18) de l'antenne à une ligne d'alimentation, dont une borne est connectée électriquement au bord d'extrémité (6A ; 16A) d'une première desdites ailes (6 ; 16), et dont une autre borne est connectée électriquement à la plaque rayonnante (2 ; 12), à distance de la première aile (6 ; 16), caractérisée en ce que la plaque rayonnante (2 ; 12) comporte deux pattes (9A, 9B ; 19A, 19B) qui s'étendent dans la première fente (3 ; 13), parallèlement aux ailes (5, 6 ; 15, 16), dont une première patte (9B ; 19B) qui est connectée électriquement au bord d'extrémité (6A ; 16A) de la première aile (6 ; 16) uniquement, et dont une seconde patte (9A ; 19A) qui est connectée électriquement à la plaque rayonnante (2), à distance de la première aile (6 ; 16). 2. Antenne (1 ; 10) selon la revendication précédente, dans lequel la seconde patte (9A ; 19A) est connectée électriquement au bord d'extrémité (5A ; 15A) de la seconde aile (5 ; 15) uniquement. 3. Antenne (10) selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel : - la première fente (13) étant délimitée, d'un côté, par les deux ailes (15, 16), et, des autres, par une bande (17), - les deux ailes (15, 16) formant avec la bande (17) un doublet replié 30 présentant une première fréquence de résonnance centrale (F1), - les deux pattes (19A, 19B) formant un doublet simple présentant une seconde fréquence de résonnance centrale (F2), - les première et seconde fréquences de résonnance centrales (F1, F2) sont distinctes et écartées d'au moins 200MHz. 11 4. Antenne (1) selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel: - la première fente (3) étant délimitée, d'un côté, par les deux ailes (5, 6), et, des autres, par une bande (7), - les deux ailes (5, 6) formant avec la bande (7) un doublet replié 5 présentant une première fréquence de résonnance centrale (F1), - les deux pattes (9A, 9B) formant un doublet simple présentant une seconde fréquence de résonnance centrale (F2), - les première et seconde fréquences de résonnance centrales (F1, F2) sont sensiblement égales, à 100MHz près. 10 5. Antenne (1 ; 10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, la première fente (3 ; 13) étant délimitée, d'un côté, par les deux ailes (5, 6 ; 15, 16), et, de l'autre, par une partie (7A ; 17A) de bande (7 ; 17), les deux pattes (9A, 9B ; 19A, 19B) s'étendent à une distance des ailes (5, 6 ; 15, 16) et de la partie (7A ; 17A) de bande (7 ; 17) qui est supérieure au quart de la distance 15 séparant les ailes (5, 6 ; 15, 16) de la partie (7A ; 17A) de bande (7 ; 17). 6. Antenne (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la plaque rayonnante (12) comporte un brin rectiligne (20) dont l'une des extrémités est libre et dont l'autre est connectée électriquement au bord d'extrémité de la première aile (16). 20 7. Antenne (10) selon la revendication précédente, dans lequel le brin rectiligne (20) s'étend dans une encoche (16B) pratiquée dans la première aile (16). 8. Antenne (1 ; 10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la plaque rayonnante (2 ; 12) est réalisée dans un matériau métallique et 25 est située sur un substrat diélectrique plat.30