EP1315237A1 - Antenne RF - Google Patents

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Publication number
EP1315237A1
EP1315237A1 EP02292791A EP02292791A EP1315237A1 EP 1315237 A1 EP1315237 A1 EP 1315237A1 EP 02292791 A EP02292791 A EP 02292791A EP 02292791 A EP02292791 A EP 02292791A EP 1315237 A1 EP1315237 A1 EP 1315237A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
phase
dipoles
length
folded
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02292791A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Ayoub Annabi
Roland Vincent
Frédéric DIXIMUS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Amphenol Socapex SA
Original Assignee
Amphenol Socapex SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Amphenol Socapex SA filed Critical Amphenol Socapex SA
Publication of EP1315237A1 publication Critical patent/EP1315237A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/12—Resonant antennas
    • H01Q11/14—Resonant antennas with parts bent, folded, shaped or screened or with phasing impedances, to obtain desired phase relation of radiation from selected sections of the antenna or to obtain desired polarisation effect
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole

Definitions

  • the subject of the present invention is an elongated antenna and in particular, but not exclusively, an antenna of this type capable of receive and transmit in equal or higher frequency bands at 1 GHz.
  • an antenna that can work at a high frequency, especially at a frequency higher than 1 GHz and which presents a high gain.
  • this antenna can be produced by techniques inexpensive industrial plants in order to lower the cost of the antenna and use as antenna power a coaxial cable.
  • the antenna can be produced for a reduced cost since it suffices to start from a wired element preferably single and fold it in such a way that we get the N dipoles rectilinear and the N-1 phase shifters in a U shape.
  • the length of each dipole is equal to ⁇ / 2 being the wavelength of the center frequency of the range of frequencies in which the antenna operates and the length of each branch of the phase shifter is equal to ⁇ / 4.
  • an antenna is obtained whose dimensions are relatively small for the frequency band envisaged above while presenting a gain and a bandwidth satisfactory.
  • the radiant part of the antenna is produced at from a single conductive strip which is folded to make the shifters. This solution is particularly economical.
  • the elongated antenna according to the invention can be made from a single elongated conductive element which undergoes very simple machining operations since it is only of bending operations of this conductor to obtain the different constituent parts of the antenna which will be described below.
  • This element elongated can be made, for example, by a brass band, preferably surface treated.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the antenna 10 with its transmission-reception part 12, its antenna conductor 14 consisting of a coaxial cable and its connector 16.
  • the receiver-transmitter part 12 or radiant of the 'antenna is preferably made from a single conductive strip of straight section 18. It would not depart from the invention if the antenna was made from several conductive elements connected together with different sections for example.
  • This element 18 is folded to constitute, in the embodiment described, dipoles D1, D2, D3 ... D N and phase shifters DF1, DF2, DF3 ... DF N '.
  • Each dipole D is constituted by a rectilinear portion of conductive strip 20 whose length l1 corresponds to ⁇ / 2, ⁇ being the central wavelength of the transmission-reception frequency band. All the dipoles are identical and aligned.
  • Each phase shift element DF interposed between two dipoles is constituted by a portion of conductive strip in the form of U 22 whose two branches 22a and 22b are substantially juxtaposed and whose common direction is substantially orthogonal to common direction at the dipoles D.
  • the length 12 of each branch of the phase shifting circuits DF is equal to ⁇ / 4, ⁇ having the same value as for the dipoles.
  • the DF phase shifters can be considered to be neither transmitters nor receivers. They have a function phase shifter.
  • the lower dipole D4 is electrically connected at point 24 to the central conductor 26 of the antenna coaxial cable 14.
  • the elongated element or strip serving to carry out the transmitter-receiver part 12 of the antenna has a cross section rectangular of the order of 4 mm in width. This section allows increase bandwidth and ensure mechanical properties suitable for the antenna.
  • the physical length of the dipoles D is 26 mm and the length total physics of U-shaped phase shifters is 26 mm.
  • all of the dipoles D have the same length which corresponds to the half wavelength central ⁇ .
  • each dipole D1, D2, D3 and D4 a length electric corresponding to offset wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 relative to each other.
  • FIG. 2 a preferred mode has been shown in more detail. for making a current trap 28 and an impedance adapter 30.
  • the current trap 28 consists of a conductive cylinder 36 coaxial with cable 14, open downwards and connected at its end greater than the shield 32 by a conductive ring 38.
  • the impedance matching 30 consists of a cylinder conductor 40 whose lower end is connected to a ring conductor 42 having an axial thread 44.
  • the thread 44 cooperates with a threaded ring 46 mounted on the coaxial cable.
  • the impedance of the element can be adapted radiant to that of the cable.

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Abstract

L'invention concerne une antenne allongée. La partie émettrice-réceptrice de l'antenne est constituée par un élément allongé (12) conducteur qui est usiné pour constituer :
  • N dipôles (N entier au moins égal à 2) (D1, D2, D3) formés par N sections rectilignes alignées dudit élément; et
  • N-1 éléments déphaseurs (DF1, DF2, DF3) , chaque élément déphaseur étant intercalé entre deux pôles consécutifs, chaque élément déphaseur étant constitué par une section (22) dudit élément filaire pliée en U et dont les branches (22a, 22b) sont sensiblement juxtaposées et disposées selon une direction orthogonale à la direction commune desdits dipôles.

Description

La présente invention a pour objet une antenne allongée et notamment, mais non exclusivement, une antenne de ce type capable de recevoir et d'émettre dans des bandes de fréquence égales ou supérieures à 1 GHz.
On sait qu'il est entré en vigueur une nouvelle norme IEEE 802.11A ou B concernant la réalisation de communications par voie radio. Plusieurs raisons sont à l'origine de cette norme : d'une part, la volonté de disposer de systèmes de prise de données mobiles qui puissent travailler en toute liberté par rapport à un réseau fixe ; d'autre part, la possibilité de s'affranchir de la multiplication des opérations de câblage en cas de mise en oeuvre de nouvelles applications.
Pour répondre à ce besoin, il est donc nécessaire de disposer d'une antenne qui puisse travailler à une fréquence élevée, notamment à une fréquence supérieure à 1 GHz et qui présente un gain élevé. En outre, il est nécessaire que cette antenne puisse être réalisée par des techniques industrielles peu onéreuses afin d'abaisser le coût de l'antenne et utiliser comme alimentation d'antenne un câble coaxial.
Pour atteindre ce but, selon l'invention, l'antenne allongée se caractérise en ce que l'élément radiant est constitué par un élément allongé conducteur qui est usiné pour constituer :
  • N dipôles (N entier au moins égal à 2) formés par N sections rectilignes alignées dudit élément; et
  • N-1 éléments déphaseurs, chaque élément déphaseur étant intercalé entre deux pôles consécutifs, chaque élément déphaseur étant constitué par une section dudit élément filaire pliée en U et dont les branches sont sensiblement juxtaposées et disposées selon une direction orthogonale à la direction commune desdits dipôles, ladite partie radiante étant raccordée à une de ses extrémités au conducteur central d'un câble coaxial.
  • ledit câble coaxial est muni, à proximité de son extrémité de raccordement à l'antenne, des moyens formant cavité d'adaptation d'impédance.
  • ledit câble caxial d'antenne est muni, à proximité de la cavité d'adaptation en bas, de moyens formant piège pour les courants de fuite.
On comprend tout d'abord que l'antenne peut être réalisée pour un coût réduit puisqu'il suffit de partir d'un élément filaire de préférence unique et de le plier de telle manière qu'on obtienne les N dipôles rectilignes et les N-1 déphaseurs en forme de U.
On comprend également que, malgré ce coût réduit, grâce à la présence d'une pluralité de dipôles, on peut augmenter le gain dans la direction orthogonale aux éléments radiants et obtenir une bande passante suffisante permettant d'englober la totalité des bandes allouées par la norme IEEE citée ci-dessus, ce qui permet de réaliser des émissions ou des réceptions avec un débit d'informations élevé de l'ordre de plusieurs dizaines de Mbits par seconde si l'on utilise une bande passante de l'ordre de 500 MHz.
De préférence, la longueur de chaque dipôle est égale à λ / 2 étant la longueur d'onde de la fréquence centrale de la plage de fréquences dans laquelle l'antenne fonctionne et la longueur de chaque branche du déphaseur est égale à λ / 4.
Avec ces caractéristiques, on obtient une antenne dont les dimensions sont relativement réduites pour la bande de fréquence envisagée ci-dessus tout en présentant un gain et une bande passante satisfaisante.
De préférence, la partie radiante de l'antenne est réalisée à partir d'une unique bande conductrice qui est pliée pour réaliser les déphaseurs. Cette solution est particulièrement économique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles :
  • La figure 1 est une vue d'ensemble de l'antenne ; et
  • La figure 2 est une vue de détails montrant un mode préféré de raccordement de la partie radiante au câble coaxial.
    • Comme on l'a déjà indiqué, l'antenne allongée selon l'invention peut être réalisée à partir d'un élément conducteur allongé unique qui subit des opérations d'usinage très simples puisqu'il s'agit seulement d'opérations de pliage de ce conducteur pour obtenir les différentes parties constitutives de l'antenne que l'on va décrire ci-après. Cet élément allongé peut être constitué, par exemple, par une bande en laiton, de préférence traitée en surface.
    La figure 1 annexée montre un exemple de réalisation de l'antenne 10 avec sa partie d'émission-réception 12, son conducteur d'antenne 14 constitué par un câble coaxial et son connecteur 16. La partie réceptrice-émettrice 12 ou radiante de l'antenne est constituée, de préférence, à partir d'une bande conductrice unique de section droite 18. On ne sortirait pas de l'invention si l'antenne était réalisée à partir de plusieurs éléments conducteurs raccordés entre eux de sections différentes par exemple. Cet élément 18 est plié pour constituer, dans le mode de réalisation décrit, des dipôles D1, D2, D3 ... DN et des déphaseurs DF1, DF2, DF3 ... DFN'. Chaque dipôle D est constitué par une portion rectiligne de bande conductrice 20 dont la longueur l1 correspond à λ / 2, λ étant la longueur d'onde centrale de la bande de fréquences d'émission-réception. Tous les dipôles sont identiques et alignés.
    Chaque élément déphaseur DF intercalé entre deux dipôles est constitué par une portion de bande conductrice en forme de U 22 dont les deux branches 22a et 22b sont sensiblement juxtaposées et dont la direction commune est sensiblement orthogonale à la direction commune aux dipôles D. La longueur 12 de chaque branche des circuits déphaseurs DF est égale à λ / 4, λ ayant la même valeur que pour les dipôles.
    Compte tenu de leur direction, les déphaseurs DF peuvent être considérés comme n'étant ni émetteurs, ni récepteurs. Ils ont une fonction de déphaseur.
    Le dipôle inférieur D4 est raccordé électriquement au point 24 au conducteur central 26 du câble coaxial d'antenne 14.
    De préférence, l'élément allongé ou bande servant à réaliser la partie émettrice-réceptrice 12 de l'antenne présente une section droite rectangulaire de l'ordre de 4 mm de largeur. Cette section permet d'augmenter la bande passante et assure des propriétés mécaniques convenables pour l'antenne.
    Dans un mode de réalisation préféré qui correspond à une bande de fréquences de travail allant de 5,725 GHz à 5,875 GHz. La longueur physique des dipôles D est égale à 26 mm et la longueur physique totale des déphaseurs en U est égale à 26 mm.
    Dans l'exemple décrit, on a quatre dipôles D1, D2, D3 et D4, ce qui correspond à un bon compromis entre un gain suffisant et un encombrement acceptable de l'antenne. Il va cependant de soi qu'on pourrait choisir, pour N, une valeur différente de 4. De même, on pourrait choisir une valeur différente de 3 pour N'.
    Il va de soi que cette antenne, par sa conception, est adaptée pour les plages de bandes de fréquence ci-dessous :
    • 5,250 à 5,350 GHz ;
    • 5,350 à 5,470 GHz ; et
    • 5,470 à 5,725 GHz.
    Dans l'exemple de réalisation décrit précédemment, tous les dipôles D ont la même longueur qui correspond à la demi-longueur d'onde centrale λ.
    Pour encore élargir davantage la bande passante de l'antenne, il est possible de donner à chaque dipôle D1, D2, D3 et D4 une longueur électrique correspondant à des longueurs d'ondes λ1, λ2, λ3, λ4 décalées les unes par rapport aux autres.
    Sur la figure 2, on a représenté plus en détails un mode préféré de réalisation d'un piège à courant 28 et d'un adaptateur d'impédance 30.
    Sur cette figure, on a fait apparaítre le câble coaxial 14 avec son blindage 32, son isolant intermédiaire 34 et son conducteur axial 26 qui est connecté à l'extrémité 24 de l'élément radiant de l'antenne.
    Le piège à courant 28 est constitué par un cylindre conducteur 36 coaxial au câble 14, ouvert vers le bas et relié à son extrémité supérieure au blindage 32 par un anneau conducteur 38. La longueur L1 du cylindre et la largeur D2 de l'anneau sont telles que D1 + L1 = λ/4, λ étant la longueur d'onde de fonctionnement.
    L'adaptation d'impédance 30 est constituée par un cylindre conducteur 40 dont l'extrémité inférieure est raccordée à un anneau conducteur 42 présentant un taraudage axial 44. Le taraudage 44 coopère avec une bague filetée 46 montée sur le câble coaxial.
    En réglant la position axiale du cylindre 40 par rapport à l'extrémité du câble coaxial 14, on peut adapter l'impédance de l'élément radiant à celle du câble.

    Claims (5)

    1. Antenne allongée caractérisée en ce que sa partie radiante est constituée par un élément allongé conducteur qui est usiné pour constituer :
      N dipôles (N entier au moins égal à 2) formés par N sections rectilignes alignées dudit élément; et
      N-1 éléments déphaseurs, chaque élément déphaseur étant intercalé entre deux pôles consécutifs, chaque élément déphaseur étant constitué par une section dudit élément filaire pliée en U et dont les branches sont sensiblement juxtaposées et disposées selon une direction orthogonale à la direction commune desdits dipôles, ladite partie radiante étant raccordée à une de ses extrémités au conducteur central d'un câble coaxial.
      ledit câble coaxial est muni, à proximité de son extrémité de raccordement à l'antenne, des moyens formant cavité d'adaptation d'impédance.
      ledit câble coaxial d'antenne est muni, à proximité de la cavité d'adaptation en bas, de moyens formant piège pour les courants de fuite.
    2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur de chaque dipôle est égale à λ / 2 et la longueur de chaque branche des éléments déphaseurs est égale à λ / 4, λ étant la longueur d'onde de la fréquence centrale de la plage de fréquences dans laquelle l'antenne fonctionne.
    3. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la partie radiante est constituée par un unique élément conducteur allongé, plié pour former lesdits déphaseurs.
    4. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la partie radiante de l'antenne est constituée à partir d'une unique bande conductrice à section droite qui est pliée pour former les déphaseurs.
    5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque dipôle a une longueur physique différente, lesdites longueurs d'ondes étant incluses dans une plage de longueurs d'ondes donnée.
    EP02292791A 2001-11-16 2002-11-08 Antenne RF Withdrawn EP1315237A1 (fr)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    FR0114824 2001-11-16
    FR0114824A FR2832553A1 (fr) 2001-11-16 2001-11-16 Antenne rf

    Publications (1)

    Publication Number Publication Date
    EP1315237A1 true EP1315237A1 (fr) 2003-05-28

    Family

    ID=8869462

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP02292791A Withdrawn EP1315237A1 (fr) 2001-11-16 2002-11-08 Antenne RF

    Country Status (3)

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    EP (1) EP1315237A1 (fr)
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    Publication number Publication date
    US6853346B2 (en) 2005-02-08
    FR2832553A1 (fr) 2003-05-23
    US20030112199A1 (en) 2003-06-19

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