Brevet FR3087300A1 — publié le 20200417

Description Titre de l'invention : Antenne et dispositif d'antenne [0001] Dans son domaine, la présente invention se rapporte à une antenne pour un véhicule, présentant un profil de rayonnement omnidirectionnel et adaptée à une communication V2X (d'un véhicule à une autre entité) et à un dispositif d'antenne pour un véhicule qui est adapté à une communication V2X, dans lequel le dispositif comprend au moins une première et une deuxième antenne selon l'invention. [0002] Dans Panière plan, des technologies V2X, telles que de communication de véhicule à véhicule (V2V) et de véhicule à infrastructure (V2I), peuvent être utilisées afin d'améliorer la prévention de collision et permettront augmenter l'efficacité du trafic en fournissant des alarmes lorsque des congestions de trafic se produisent, en proposant des variantes d'itinéraires et en assurant une conduite respectueuse de l'environnement, etc... [0003] Puisque cette technologie utilise souvent une fréquence porteuse élevée, par exemple dans la bande ITS autorisée de 5,9 GHz (5,85 à 5,925 GHz) selon le standard ITS-G5, elle nécessite une antenne très fiable et performante. En outre, le positionnement de l'antenne présente un impact significatif sur la qualité de la transmission de données. [0004] Souvent, une antenne classique peut être une antenne soit dipolaire soit. unipolaire. Des spécifications de gain conduisent souvent à une antenne relativement grande, ou à l'utilisation d'un réseau d'antenne. Lorsque la taille est un problème, on peut utiliser une antenne planaire, qui présente un gain plus élevé, une portée supérieure et une section inférieure comparée à l'antenne en tige classique. L'antenne est. souvent positionnée sur le toit du véhicule où le véhicule lui-même n'interfère pas avec le profil de rayonnement désiré de l'antenne. [0005] L'invention se concentre principalement sur des véhicules sur lesquels des problèmes spécifiques se produisent du fait de leurs dimensions et forme, toutefois, il doit être compris que l'invention peut facilement être appliquée à un type quelconque de véhicules ou d'objets d'intérêt. [0006] Pour des communications de véhicule il est important que des antennes utilisées soient situées de telle sorte qu'elles assurent les meilleures conditions possibles pour une "ligne de vue" dégagée par rapport à d'autres véhicules ou objets devant ou derrière le véhicule, indépendamment du type du véhicule, comme avec des véhicules avec une forme de carrosserie irrégulière et/ou des véhicules avec une grande remorque et avec des véhicules dans des situations spécifiques dans lesquelles une communication de véhicule est cruciale comme en cas de circulation en convoi. [0007] La publication EP 2 833 479 Al montre un dispositif d'antenne pour un véhicule qui assure à la fois la communication vers l'avant et vers l'arrière du véhicule. Pour cela, le 2 dispositif d'antenne comprend un agencement formé par deux dispositifs d'antenne, un premier conçu de manière spécifique afin de rayonner dans une première direction de rayonnement et l'autre afin de rayonner dans une seconde direction de rayonnement, la seconde direction de rayonnement étant une direction opposée à la première direction de rayonnement. Le profil de rayonnement de dispositif d'antenne assure une couverture omnidirectionnelle. L'antenne décrite est une antenne dipolaire positionnée sur un plan de masse afin d'obtenir une direction de rayonnement. Elle est adaptée de manière à être montée sur le toit d'un véhicule. [0008] La publication US 7 554 489 B2 montre une antenne dipolaire inclinée, masquée à l'intérieur d'une coque qui peut former un profil de rayonnement omnidirectionnel. [0009] La publication WO 2017/205551 Al montre des antennes (antennes planaires ou à fentes) utilisées afin d'assurer une communication V2X, et comment les antennes peuvent être placées sur le pare-brise avant, le pare-brise arrière ou une vitre latérale d'un véhicule. [0010] La publication "Etude d'une antenne planaire dans la bande de fréquence de 5,8 GHz intégrée dans un véhicule pour des applications automobiles DSRC (communications dédiées à courte portée)" par Gatsinzi M. 1., Jouvic E., Bunion X. et Azoulay A. à la conférence internationale de 2007 sur l'Electromagnétiquc dans des applications évoluées de IEEE 2007 Piscataway, NJ, USA, pages 548 à 551, montre une antenne planaire intégrée sur un véhicule pour des applications automobiles DSRC. La publication se rapporte à un outil de simulation d'un réseau d'antenne planaire classique lorsqu'il est monté sur une voiture. [0011] Le résumé de la présente invention va être décrit en commençant par les problèmes à résoudre. [0012] 11 existe un problème technique afin de créer une antenne présentant un profil de rayonnement omnidirectionnel et il existe un problème technique spécifique afin de créer un dispositif d'antenne qui présente un profil de rayonnement horizontal biomnidirectionnel pour un véhicule. [0013] Lorsqu'un véhicule, pour certaines raisons, ne permet pas de placer l'antenne sur le toit du véhicule, tel que des véhicules sans un toit sur lequel l'antenne peut être montée, des véhicules de secours ou d'autres véhicules sur lesquels un équipement présent sur le toit du véhicule peut perturber le profil de rayonnement de l'antenne, des véhicules avec des formes de carrosserie complexes ou irrégulières qui peuvent perturber le profil de rayonnement du véhicule, et/ou des véhicules avec des remorques qui peuvent perturber le profil de rayonnement du véhicule, un problème se pose pour trouver une solution d'antenne permettant d'assurer une communication V2X. Le toit d'une voiture particulière n'est pas plat mais souvent arrondi, c'est pourquoi le plan horizontal d'un profil de rayonnement pour une antenne à faible section située sur la partie avant ou 3 arrière du toit d'une voiture particulière est perturbé par la section arrondie du toit de voiture. [0014] La publication WO 2017/205551 Al mentionnée précédemment montre que l'antenne peut être montée sur la vitre latérale d'un véhicule, mais ne mentionne aucune solution aux problèmes spécifiques de la forme d'antenne permettant d'obtenir les profils de rayonnement désirés pour une antenne montée latéralement. [0015] La publication US 7 554 489 B2 mentionnée précédemment montre une antenne dipolaire adaptée de manière à être montée sur le toit du véhicule, dans laquelle le profil de rayonnement dans le plan horizontal est perturbé par le véhicule si elle est montée sur le côté du véhicule. [0016] Comme solution, dans le but de résoudre un ou plusieurs des problèmes précédents, et sur la hase de la technique antérieure telle qu'elle a été montrée précédemment et dans le domaine technique indiqué, la présente invention propose une antenne, pour laquelle un plan x-y est défini comme le plan horizontal par rapport au véhicule, un plan x-z est défini comme un plan qui est parallèle à un côté du véhicule sur lequel l'antenne est positionnée et un plan y-z est défini comme un plan en élévation par rapport au véhicule. [0017] La présente invention montre de manière spécifique qu'une antenne adaptée afin d'obtenir un profil de rayonnement sensiblement en demi cercle dans le plan horizontal et un profil de rayonnement sensiblement en secteur dans le plan d'élévation du véhicule est obtenue au moyen d'une antenne qui comprend une première antenne planaire, un réseau d'alimentation et diviseur de puissance, une seconde antenne planaire et un réflecteur, dans laquelle la première antenne planaire est orientée dans une première direction suivant l'axe X, dans laquelle la seconde antenne planaire est orientée dans une seconde direction opposée suivant l'axe X et dans laquelle le réflecteur est positionné dans un plan qui est parallèle au plan x-z. [0018] Il est proposé que le réflecteur soit adapté afin de commander l'orientation de profil de rayonnement de l'antenne par la commande des orientations de profil de rayonnement pour les première et seconde antennes planaires [0019] Avec l'objectif de créer une antenne à large bande de gain élevé il est proposé que les première et seconde antennes planaires forment une antenne planaire alimentée par sonde directe. [0020] Il est proposé qu'une première structure électriquement conductrice soit utilisée pour former les première et seconde antennes planaires, et qu'une seconde structure électriquement conductrice soit utilisée afin de former les réseau d'alimentation et diviseur de puissance. Différentes structures électriquement conductrices peuvent être utilisées, telles qu'une tôle métallique ou une carte de circuit imprimé (CI), et celles-ci peuvent être choisies indépendamment l'une de l'autre. Il est aussi possible que des composants discrets soient utilisés afin de former le diviseur de puissance indépendamment de la structure qui est utilisée afin de former le réseau d'alimentation. [0021] Un mode de réalisation très compact et peu onéreux d'une antenne selon l'invention est une antenne qui est formée sur une carte de CI multi-couche, dans laquelle : [0022] un premier radiateur planaire appartenant à la première antenne planaire est formé sur une première couche électriquement conductrice de la carte de CI multi-couche, [0023] un premier plan de masse appartenant à la première antenne planaire est formé sur une deuxième couche électriquement conductrice de la carte de CI multi-couche, [0024] le réseau d'alimentation et diviseur de puissance est formé sur une troisième couche électriquement conductrice de la carte de Cl multi-couche, [0025] un second plan de masse appartenant à la seconde antenne planaire est formé sur une quatrième couche électriquement conductrice de la carte de Cl multi-couche, [0026] un deuxième radiateur planaire appartenant à la seconde antenne planaire est formé sur une cinquième couche électriquement conductrice de la carte de CI multi-couche, et [0027] chaque couche électriquement conductrice est séparée par un substrat de la carte de CI multi-couche. [0028] Dans la suite, les première et seconde structures électriquement conductrices sont re- présentées, à titre d'exemple, par une carte de circuit imprimé (CI), et selon une conception possible pour une antenne planaire alimentée par sonde directe, il est proposé que la carte de CI avec son réseau d'alimentation soit positionnée parallèlement aux première et seconde antennes planaires et entre celles-ci, et que le diviseur de puissance soit un diviseur de puissance à microbande en phase de 3dB conçu de manière à associer les première et seconde antennes planaires. [0029] Il est aussi proposé qu'un matériau diélectrique à faible perte avec une épaisseur adaptée à sa valeur DK, tel que du Rogers R04350 avec DK=3,656, DF=0.0037 et une épaisseur de 0,76 ou 1,5 mm, soit utilisé en tant que substrat pour le réseau d'alimentation et les antennes planaires [0030] Les dimensions proposées pour les composants d'antenne sont : [0031] telles que les première et seconde antennes planaires présentent un radiateur planaire circulaire avec un plan de masse rectangulaire, [0032] telles que les dimensions du plan de masse sont, de manière classique, de 212 x 2.12 x 0,76 mm [0033] telles que le réflecteur métallique présente, de manière classique, un diamètre de 0,65 à 0,75 X. [0034] telles que le réflecteur est positionné à une distance de 0,3 à 0,4 X pat- rapport au bord des première et seconde antennes planaires, [0035] telles que l'alimentation d'antenne de la première antenne planaire est positionnée sur l'axe -y, et [0036] telles que l'alimentation d'antenne de la seconde antenne planaire est positionnée sur l'axe +y, [0037] dans le but de créer des antennes planaires en phase sur le plan Phi=90 et de telle sorte que le réflecteur positionné dans le plan x-z n'affecte pas la phase. [0038] Il doit être compris que la forme des antenne planaire, plan de masse ou réflecteur, peut être choisie différemment par rapport à ce qui est proposé dans cc mode de réalisation, dans lequel ces formes peuvent être circulaires, rectangulaires ou ovales en fonction de la conception, et l'invention n'est pas limitée aux formes et dimensions montrées sur ce mode de réalisation proposé. [0039] Il doit aussi être compris que l'antenne planaire peut être basée sur une structure d'alimentation différente telle qu'une bande coplanaire couplée par proximité ou couplée par ouverture. [0040] Avec l'objectif d'obtenir une antenne avec un gain supérieur, il est proposé que l'antenne planaire soit un réseau d'antenne ou un empilement d'antennes planaires. [0041] Il doit être compris que des paramètres concernant la conception de l'antenne, tels que [0042] la ou les positions de sonde d'alimentation d'antenne, [0043] les dimensions de diviseur, [0044] la distance d'antenne aux emplacements de réseau d'alimentation, [0045] les dimensions de réflecteur et la distance par rapport aux éléments d'antenne, [0046] sont conçus de manière précise afin d'éliminer tout type de mauvaise adaptation et d'erreurs de phase. [0047] L'antenne de l'invention peut être adaptée afin de fonctionner dans la plage de fréquence de 5850 à 5925 MHz et l'antenne peut être adaptée afin d'assurer un gain d'antenne dans la plage de 2 dBi à 5 dBi avec une moyenne de 3,5 dBi dans le plan horizontal, ou de manière bi-omnidirectionnelle et VSWR :