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EP2887454A1 - Panel aerial system with reduced visual impact - Google Patents

Panel aerial system with reduced visual impact Download PDF

Info

Publication number
EP2887454A1
EP2887454A1 EP13306801.5A EP13306801A EP2887454A1 EP 2887454 A1 EP2887454 A1 EP 2887454A1 EP 13306801 A EP13306801 A EP 13306801A EP 2887454 A1 EP2887454 A1 EP 2887454A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna system
optically transparent
conductive
antenna
mesh
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13306801.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jean-Pierre Harel
Aurélien Hilary
Thomas Julien
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.)
Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Original Assignee
Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd filed Critical Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Priority to EP13306801.5A priority Critical patent/EP2887454A1/en
Publication of EP2887454A1 publication Critical patent/EP2887454A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/062Two dimensional planar arrays using dipole aerials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/523Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between antennas of an array

Definitions

  • the present invention relates to the field of telecommunication antenna systems transmitting microwave radio waves. It relates more particularly to so-called "optically quasi-transparent" antenna systems for an observer.
  • An antenna system is composed of several unitary antennas, such as patch antennas or dipole alignments ("Antenna Array" in English) working in a given frequency band, which are intended more particularly for cell phone applications.
  • Variable electric tilt antennas known as VET (Variable Electric Tilt) allow to vary the position of the main lobe with respect to the horizon. Adjustment of the inclination of the antenna in the vertical plane can be achieved by different techniques applied to the antenna supply network, using active and / or passive devices, mainly by means of a device for shifting the antenna. phase.
  • the radiating elements of the unitary antennas assigned to applications requiring a low visual impact most often have a flat layer configuration which is unfavorable to obtaining a reduced visual impact. They are made from conductive layers, which are superposed in order to increase the effective frequency bandwidth of the antennas, these conductive layers being obtained either by the deposition of thin layers of conductive oxides, or from thin wires or of conductive metal cloth. As these antennas are built from the superposition of several flat layers, the resulting transparency is reduced as the number of layers increases. This stack of multiple flat layers results in the addition of more or less transparent layers, leading to a "quasi-opaque" antenna system, or the appearance of certain non-transparent areas in the best case. Many improvements are expected in this area.
  • Optically quasi-transparent antenna systems are at the center of operators' interest for their visual and aesthetic qualities allowing them a better integration into the landscape.
  • optical quasi-transparent is meant a device that passes visible light in a proportion of at least 80%, so that the human eye does not identify at first glance the presence of a such device.
  • a so-called "phased array” or “Phased Array Antenna” antenna system. in English) should nevertheless still allow an operator to select and control the position of the main lobe of the unit antennas (ie the tilt or vertical tilt), and to provide the same level of radio frequency performance as the antenna systems.
  • unitary antennas usually used.
  • the object of the present invention is therefore to propose a phased array antenna system comprising at least one VET variable tilt panel antenna simultaneously having a very low visual impact for an observer who would be placed in front, and radio frequency performance equivalent to those of a known VET panel antenna.
  • Another object is to provide such an antenna system which is further configured in a plane and well suited for mounting on a tubular support (such as a mast or pylon) or a flat surface, such as the wall of a building.
  • a tubular support such as a mast or pylon
  • a flat surface such as the wall of a building.
  • the object of the present invention is an optically transparent antenna system comprising at least one unitary antenna comprising at least one radiating element formed of at least one dipole carried by a foot placed on a reflector, the radiating element being surrounded by longitudinal and transverse partitions and connected to a power line.
  • the dipole, the reflector, the partitions and the supply line consist of an optically transparent substrate covered with at least one optically transparent conductive surface, the conductive surface being chosen from an optically transparent conductive film, a conductive mesh, and a combination of an optically transparent conductive film and a conductive mesh.
  • the mesh is formed of a set of vertical and horizontal conductor wires forming approximately parallelepipedal meshes, or a set of vertical, horizontal and diagonal conductor wires forming approximately triangular meshes.
  • the mesh is formed of a set of conductive tracks printed on an optically transparent substrate.
  • the dimensions of the conductive wires or conducting tracks vary according to the zones as a function of the current density in these zones.
  • the pitch of the mesh of the mesh varies according to the zones as a function of the current density in these zones.
  • the feed line is disposed on the face of the substrate opposite the dipole.
  • the dipole, the reflector, the partitions and the power supply line consist of an optically transparent substrate covered with an optically transparent conductive film, the conductive film being itself covered with a mesh fabric made of lead wires.
  • the optically transparent conductive film is a film of an optically transparent conductive oxide selected from tin doped indium oxide, silver doped tin oxide, aluminum-doped zinc, indium doped zinc oxide and gallium-doped zinc oxide.
  • the optically transparent conductive film is a film of an optically transparent conductive polymer containing a polyaniline or poly (3,4-ethylenedioxythiophene).
  • the optically transparent conductive film is a film of an optically transparent conductive nanomaterial chosen from a fullerene, a graphene, a carbon nanotube and a nanometal, especially in the form of nanowire or nanoparticle.
  • the optically transparent oxide conductive film is deposited on the substrate by a mechanical, physical or chemical process.
  • the conductive son consist of a metal selected from copper, aluminum, silver and gold.
  • the optically transparent substrate is selected from a glass, an acrylic polymer, polyethylene terephthalate PET, polycarbonate PC, a composite material based on glass fibers bonded with a polyester resin.
  • the antenna system comprises two unitary antennas whose radiating elements are aligned in parallel rows separated by a longitudinal partition.
  • the antenna system comprises two unitary antennas whose radiating elements are formed of a first dipole belonging to the first unitary antenna and a second dipole belonging to the second unitary antenna, the two dipoles being crossed with orthogonal polarization.
  • the antenna system comprises at least two unitary antennas, each operating in a different frequency band.
  • the antenna system may comprise several unitary antennas (3, 4, 5, 6, etc.) whose radiating elements are aligned in parallel rows separated by a longitudinal partition.
  • the antenna system may comprise several unitary antennas of which at least two unitary antennas comprise radiating elements formed of a first dipole belonging to the first unitary antenna and of a second dipole belonging to the second unitary antenna, the two dipoles being crossed with orthogonal polarization.
  • the radiating elements belonging to the other antennas may, depending on the case, be in the same configuration or aligned.
  • the radiating elements are arranged perpendicularly on vertical surfaces, such as walls, etc.
  • vertical surfaces such as walls, etc.
  • the overall conductivity of the conductive surface is improved while not substantially reducing its transparency.
  • An additional benefit can be obtained by designing a mesh fabric with a specific design.
  • thicker or different sized wires and / or a portion of fabric with smaller mesh sizes can be placed in selected positions, where the current density or shielding effect require it.
  • Smaller conductor wires and / or a web portion with larger meshs can be placed in selected positions that require less current density or shielding effect.
  • this solution is more efficient for obtaining a low visual impact antenna system. It simultaneously improves the overall transparency of the antenna system, the RF performance, the mechanical robustness, the cost and the total weight of the antenna and simplifies the RF design of the antenna system.
  • This solution allows the design of a new complete range of low visual impact antenna systems. It is particularly well suited to the installation of the antenna system on a vertical surface support. It also makes it possible to increase the usable frequency band.
  • a phased array antenna system 1 with a low visual impact includes a first VET 2A variable tilt unit panel antenna and a second VET 2B variable tilt unit panel antenna .
  • a phased array antenna system is a group of unitary antennas powered with signals whose phase is adjusted to obtain the desired radiation pattern.
  • unitary panel antenna 2A, 2B is understood to mean an alignment of radiating elements 3 operating in a given frequency range and having its own power supply system.
  • the antenna system 1 groups unit antennas 2A, 2B operating with different polarizations inside a single mechanical structure 4, or chassis, having a fixed and limited volume, each unit antenna 2A, 2B having its adapted power supply. at its operating frequency band.
  • Antenna system 1 for use in a base station of a mobile telecommunication network has a plurality of transmit / receive ports 5 .
  • the ports 5 are RF connectors, for example type 7/16, N type connectors, etc.
  • the + 45 ° inclined polarization VET 2A panel antenna is separated from the polarized VET 2B panel antenna inclined at -45 ° to enhance the natural isolation of the +45 and -45 polarizations. ° antennas, and reduce the length of power lines to reduce their losses.
  • the radiating elements 3 are arranged on a reflector 6, common to the two unitary antennas 2A and 2B, belonging to the mechanical structure 4 of the antenna system 1.
  • Longitudinal partitions 7 and transverse 8 are used to physically separate the radiating elements 3 of each antenna unit 2A, 2B, and separating the rows of radiating elements 3 of each of the unit antennas 2A and 2B.
  • the presence of the longitudinal partitions 7 contributes to the formation of the horizontal beam -3 dB of the antenna pattern.
  • the transverse partitions 8 make it possible to improve the insulation between the radiating elements 3 and to participate in the formation of the overall diagram of the antenna system.
  • These partitions 7, 8 can be supported by any type of transparent material such as glass, but preferably a light transparent material such as polycarbonate PC is used for example, in order to reduce the overall weight of the antenna system 1 .
  • the partitions 7, 8 have conductive surfaces which may be a conductive film, such as an optically transparent oxide film said OTC (for "transparent Oxides and Conductors "), such as an indium oxide doped with tin ITO, or a wire mesh made of conducting wires, such as copper wires for example, or else an optically transparent conductive film associated with a mesh fabric in conducting wires.
  • OTC transparent Oxides and Conductors
  • the partitions 7, 8 contribute to the overall robustness of the mechanical structure 4 of the system of antennas 1. If necessary, the partitions 7, 8 may include orifices to allow the passage of the supply lines.
  • the antenna system 1 is intended to be placed on a substantially vertical plane support so that its axis X-X ' makes an angle which is as close as possible to 90 ° with respect to the most probable direction of vision V d an observer.
  • the axis Y-Y ' of the radiating element 3 is thus substantially collinear with the viewing direction V of the observer.
  • the reflector 6 serving as ground plane consists of a conductive surface carried by the rear face of the antenna system 1. It is made of a visually transparent material such as glass , laminated glass, smoked glass, tinted glass, shatterproof glass, safety glass, etc., but also a transparent plastic such as acrylic, for example polymethyl methacrylate PMMA, polyethylene terephthalate PET, polycarbonate PC, a composite material based on glass fibers, for example linked by a polyester resin, etc.
  • a visually transparent material such as glass , laminated glass, smoked glass, tinted glass, shatterproof glass, safety glass, etc.
  • a transparent plastic such as acrylic, for example polymethyl methacrylate PMMA, polyethylene terephthalate PET, polycarbonate PC, a composite material based on glass fibers, for example linked by a polyester resin, etc.
  • This material is then coated with a conductive surface which may be constituted by an optically transparent conductive film, such as an OTC optically transparent conductive oxide film, such as tin-doped indium oxide ITO, or by a wire mesh consisting of conducting wires, for example made of copper, or else by n optically transparent conductive film associated with a wire mesh of conductive wires.
  • an optically transparent conductive film such as an OTC optically transparent conductive oxide film, such as tin-doped indium oxide ITO, or by a wire mesh consisting of conducting wires, for example made of copper, or else by n optically transparent conductive film associated with a wire mesh of conductive wires.
  • the front face of the antenna system 1, here forming the radome 9 is also made of a visually transparent material which may be one of the aforementioned materials.
  • a bottom and a cover belonging to the mechanical structure of the antenna system can be added.
  • the bottom and the cover may also be made of a visually transparent material to improve the overall transparency of the antenna system.
  • part of the bottom and / or the cover could be made of a non-transparent material, for example a metal, in the case where additional mechanical protection is necessary (for example a protection against falling objects on these surfaces) or to improve the overall mechanical strength of the antenna system.
  • the radiating element 3 is a 10 half-wave dipole, the conductive arms are carried by a foot 11 place perpendicularly to the reflector plane 6.
  • the reflector 6 plane conductive surface is provided with lateral flanges 12 parallel to the longitudinal partitions 7 .
  • the lateral flanges 12 of the reflector 6 are formed by folding the longitudinal edges of the reflector 6 towards the radiating elements 3.
  • the radiating elements 3 may be quasi-yagi dipoles or any other type of dipole placed at a distance from the reflector 6 of the reflector 6. preferably of the order of ⁇ / 4, where ⁇ is the central operating frequency of the unit antenna.
  • the dipole 10 is printed on one of the faces of a transparent substrate 14 having a high dielectric constant ⁇ r (1 ⁇ r ⁇ 5), for example a PC polycarbonate substrate, polyethylene terephthalate PET, polychlorinated biphenyl PCB or in any other optically transparent material.
  • a transparent substrate 14 having a high dielectric constant ⁇ r (1 ⁇ r ⁇ 5), for example a PC polycarbonate substrate, polyethylene terephthalate PET, polychlorinated biphenyl PCB or in any other optically transparent material.
  • the conductive surface of the arms of the dipole 10 may be made either by the deposition on a transparent substrate of an optically transparent conductive film, such as an OTC optically transparent oxide conductive film such as a tin doped indium oxide. ITO, or by a mesh fabric consisting of conductive son, for example copper, or even by an optically transparent conductive film associated with a wire mesh conductive son.
  • these portions 13 of the feed lines are microstrip lines or stripline lines in order to improve the overall transparency of the antenna system.
  • the portion 13 of the feed line may be constituted by an optically transparent conductive film, such as an optically transparent conductive oxide film OTC such as an indium oxide doped with tin ITO, or by a mesh fabric consisting of conductive son, for example copper, or even by an OTC optically transparent oxide conductive film associated with a mesh of conductive son, similar to the dipoles.
  • the portion of the power line located outside the printed portion may be a coaxial cable that is connected to the RF connectors of the transmit / receive ports.
  • the antenna system includes FET (fixed tilt) or VET (variable tilt) power supply networks.
  • the supply networks (not visible in the figure) can be placed, as here, inside the lateral flanges 12 of the reflector 6.
  • the lateral flanges 12 are made of metal in order to ensure the mechanical rigidity of the antenna system. Although non-transparent, their visual impact remains minimal. They make it possible to house not only the power supply networks but also the electronic control devices for the variable electrical inclination of the antenna system 1.
  • the lateral flanges 12 containing the supply networks thus participate in the overall mechanical structure of the system. antennas.
  • These lateral flanges 12 are formed by metal portions, but it is also possible to use a transparent conductive material, for example having undergone a metallization treatment so as to leave visible the various elements placed inside.
  • FIGS. 4a, 4b and 4c illustrate the method of producing the reflector, a radiating element or a portion of its feed line.
  • An OTC optically transparent oxide conductive film 40 is deposited on a substrate 41.
  • the substrate 41 is made of a flexible or rigid visually transparent material such as for example glass, laminated glass, smoked glass, tinted glass, unbreakable glass, safety glass, etc., but also a material transparent plastic such as acrylic, for example polymethyl methacrylate PMMA, polyethylene terephthalate PET, polycarbonate PC, polychlorinated biphenyl PCB, a composite material based on glass fibers, for example linked by a polyester resin, etc. .
  • a material transparent plastic such as acrylic, for example polymethyl methacrylate PMMA, polyethylene terephthalate PET, polycarbonate PC, polychlorinated biphenyl PCB, a composite material based on glass fibers, for example linked by a polyester resin, etc.
  • the optically transparent conductive film 40 is, for example, an OTC optically transparent conductive oxide film consisting of indium tin-doped indium oxide ("Indium Tin Oxide"), tin oxide doped with AgHT silver, zinc oxide doped with aluminum AZO (for "Aluminum Zinc Oxide” in English), oxide of zinc indium-doped IZO (for "Indium Zinc Oxide” in English), or gallium-doped zinc oxide GZO (for "Gallium Zinc Oxide” in English), etc ...
  • OTC optically transparent conductive oxide film consisting of indium tin-doped indium oxide ("Indium Tin Oxide"), tin oxide doped with AgHT silver, zinc oxide doped with aluminum AZO (for "Aluminum Zinc Oxide” in English), oxide of zinc indium-doped IZO (for "Indium Zinc Oxide” in English), or gallium-doped zinc oxide GZO (for "Gallium Zinc Oxide” in English
  • the optically transparent conductive film 40 can still be an optically transparent conductive polymer film containing in particular a polyaniline or poly (3,4-ethylenedioxythiophene) PEDOT, for example a PEDOT-PSS mixture of sodium polystyrene sulfonate PSS and poly (3,4 -ethylenedioxythiophene) PEDOT or a derivative of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and tetramethylacrylate PEDOT-TMA.
  • a polyaniline or poly (3,4-ethylenedioxythiophene) PEDOT for example a PEDOT-PSS mixture of sodium polystyrene sulfonate PSS and poly (3,4 -ethylenedioxythiophene) PEDOT or a derivative of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and tetramethylacrylate PEDOT-TMA.
  • the optically transparent conductive film 40 may be a film of an optically transparent conductive nanomaterial chosen from a fullerene, a graphene, a carbon nanotube CNT (for "Carbon NanoTube” in English) and a nanometal such as in particular a nanowire or a nanoparticle metal, for example silver, gold, copper or aluminum.
  • an optically transparent conductive nanomaterial chosen from a fullerene, a graphene, a carbon nanotube CNT (for "Carbon NanoTube” in English) and a nanometal such as in particular a nanowire or a nanoparticle metal, for example silver, gold, copper or aluminum.
  • the conductive film 40 may be deposited on the substrate 41 made of transparent material by any suitable known method such as a mechanical, physical or chemical process.
  • the deposition can be carried out physically by vapor phase (PVD), by sputtering, evaporation under vacuum, laser ablation, etc., by chemical vapor phase (CVD, PECVD, OMCVD, etc.). by electrolytic deposition (silver plating, copper plating, gilding, aluminide, tin plating, nickel plating, etc ...), by screen printing or painting, etc.
  • the conductive film 40 could also be placed on a thin transparent intermediate layer (for example of 0 , 1 to 0.5 mm), itself being bonded to the substrate 41 of transparent material or held in place by electrostatic effect for example.
  • a thin transparent intermediate layer for example of 0 , 1 to 0.5 mm
  • electromagnetic currents circulate mainly in the "skin" of the conductive material, i.e. within a small thickness near the surface of the conductive material.
  • the "skin" thicknesses for copper or gold conductors range from less than a micrometer to a few micrometers.
  • the "skin" thickness for a coppered surface is 0.65 ⁇ m at 10 GHz and 2.1 ⁇ m at 1 GHz.
  • the performance of the antenna system also depends on the conductivity of its various components, due to the presence of losses and the influence of the shielding efficiency on the antenna pattern, for example; it is therefore necessary to increase the conductivity (inverse of the resistivity).
  • conductivity inverse of the resistivity
  • indium oxide doped with Tin ITO has a resistivity of about 10 -4 ⁇ • cm which is much higher.
  • Another way of improvement is to replace the conductive surfaces in optically transparent conductive films, for example an indium oxide film doped with tin ITO, with a mesh, or mesh, made by means of metal conductive wires. , such as copper or other good conductor wires (aluminum, silver, gold), or conductive traces printed on an optically transparent substrate.
  • metal conductive wires such as copper or other good conductor wires (aluminum, silver, gold), or conductive traces printed on an optically transparent substrate.
  • a fabric 42, or lattice, made of conductive wire mesh can then be deposited on the optically transparent conductive film 40 .
  • the term “fabric” means a set of vertical and horizontal son forming approximately parallelepiped mesh, and “lattice” means a set of vertical son, horizontal and diagonal which form meshes approximately triangular. Throughout the present description the word “canvas” means both a canvas and a lattice.
  • a fabric or mesh also greatly improves the overall mechanical behavior of the antenna system vis-à-vis external aggression, such as vibration and shock for example.
  • a wire mesh Conductors can be added to the optically transparent conductive film only in areas of higher current density for example.
  • the Figures 5a and 5b illustrate several examples of conductive surfaces made of a wire mesh fabric.
  • the Figures 5c and 5d illustrates a detailed view of a web of conductive threads or conductive tracks printed respectively.
  • conductive surface which is a web 50 made of metal conductive son 51, copper or gold for example, the same thickness e forming parallelepipedal meshes 52 .
  • Meshes 52 have a vertical height h and a horizontal width l. In the embodiment shown here these dimensions h and l are substantially equal, and the mesh 52 is substantially square. However one could equally well have rectangular or trapezoidal meshes for example.
  • the dimensioning of the mesh of a conductive surface is defined by the ratio between its pitch (surface of a mesh) and the dimension of the conducting wires which compose it. The higher this ratio, the more difficult the meshed driver plane will be to discern.
  • FIG 5b is another example of a conductive surface which is a mesh fabric 54 made of metal conductors 55 , for example of copper, of thickness E forming meshes 56 of vertical height H and of horizontal width L. These meshes 56 are divided into sub-meshes 57 of smaller dimension. Sub-meshes 57 consist of conductive son 58 of e lesser thickness for example. Sub-meshes 57 have for example a vertical height h and horizontal width l . In the embodiment shown here, the meshes 56 and the sub-meshes 57 are substantially square. A fabric of this type is preferably used in areas of high current densities.
  • the conductive son may have a section of different geometric shape, including circular or parallelepiped.
  • thickness e is the dimension of the conductive wire 58 in the plane of the wire 54.
  • the thickness e of the conductive wire 58 may be equal to or different from its dimension d in the direction perpendicular to the plane of the wire 54.
  • thickness E means the dimension of the conducting wire 55 in the plane of the wire 54.
  • the thickness E of the conducting wire 55 may it is equal to or different from its dimension D in the direction perpendicular to the plane of the fabric 54.
  • the term "dimension” is used to designate both the thickness e, E of the conductive wire in the plane of the fabric, the dimension d, D of the conductive wire in the direction perpendicular to the plane of the fabric, or the diameter of a conductive wire of circular section.
  • the deposit is for example made by lithography techniques, screen printing, gravure etc ...
  • the deposit is for example made by lithography techniques, screen printing, gravure etc ...
  • the deposit is for example made by lithography techniques, screen printing, gravure etc ...
  • the deposit is for example made by lithography techniques, screen printing, gravure etc ...
  • a deposit of a conductive track 60 silver made by lithography, using an ink with which conductive tracks 60 obtained are more or less wide e 'according to the size of the slots in the mask.
  • One can also vary the thickness of some of these conductor tracks 60 by renewing the inking operation on the desired tracks as many times as necessary until the desired thickness.
  • the current density on the conductive surfaces of the antenna system has been modeled using 3D electromagnetic simulation software (for example the "HFSS" software from ANSYS).
  • 3D electromagnetic simulation software for example the "HFSS" software from ANSYS.
  • at least a portion of the wires have a thickness e, E or a greater perpendicular dimension d, D in the zones of high current density, alternatively the width l, L and / or the height h, H of at least one Part of the mesh is reduced in areas of high current density.
  • a solid metal such as copper or gold
  • conductive surfaces of very small size typically less than 0.5 mm wide, like a microstrip or triplate line.
  • conductive surfaces of medium size such as radiating elements
  • it is advantageous to use a mesh of the non-homogeneous fabric ie a fabric whose mesh pitch and / or the size of the conductive wires vary according to the zones depending on the current density.
  • the overall conductivity of the conductive surfaces can be enhanced by arranging the fabric directly against the surface of the transparent conductive oxide. This effect can be obtained in particular by superimposing several thin conductive surfaces.
  • FIG. 6 illustrates a second embodiment of a system 100 of phased array antennas in cross-polarization (+ 45 ° and -45 °) and variable electrical tilt VET, which comprises a first antenna unit 101A panel and a second panel antenna unitary 101B.
  • unitary antennas 101A, 101B called "panel antennas"("PanelAntenna” in English).
  • Each unit antenna 101A and 101B respectively comprises a network of supply lines 102A and 102B connected to a TX / RX transmission / reception port 103A and 103B .
  • the unitary antennas 101A, 101B are grouped to reduce the area they occupy on the common reflector 104 .
  • a radiating element 105 common to the two unitary antennas 101A and 101B, is formed of a first half-wave dipole 106A belonging to the unit antenna 101A and a second half-wave dipole 106B belonging to the unit antenna 101B.
  • the two dipoles 106A and 106B are crossed with orthogonal polarization, obtained by duplication of the same dipole by a rotation of 90 °.
  • the aligned radiating elements 105 are separated by transverse partitions 107 which improve the insulation between the radiating elements and framed by longitudinal partitions 108. These partitions 107, 108 contribute to the formation of the overall diagram of the antenna system.
  • Side flanges 109 make it possible to house the supply networks of the radiating elements and / or the electronic devices for controlling the variable electrical inclination of the antenna system and also to ensure the mechanical rigidity of the antenna system 100 if necessary. . In the latter case, they are preferably formed by massive metal portions.
  • the dipoles 106A, 106B are printed respectively on the two orthogonal planes of a substrate 110.
  • the substrate 110 is made of a high dielectric constant material ⁇ r (1 ⁇ r ⁇ 5), such as, for example, PC polycarbonate, polyethylene terephthalate PET or any other optically transparent material.
  • Spurious elements 111 may also be disposed above the dipoles, parallel to the plane of the reflector 104.
  • parasitic element is meant a conductive element disposed above a dipole, which is not powered, nor directly or indirectly via the dipole; he is also often referred to as the "director".
  • the parasitic elements 111 are used to form the antenna pattern and for the impedance matching of the radiating element 105 for example.
  • These parasitic elements 111 have a conductive surface made in the manner previously described.
  • conductive areas 112 which may take the form of son or pieces of geometric shape such as a rectangle for example, may be preferably placed directly against the inner surface of the front face 113 of the antenna system 100 .
  • These conductive regions 112 has a function to improve the isolation level of the unit cells with each other, i.e. the zones delimited by the partitions 107 and 108 and containing a radiating element 105.
  • the antenna system 100 is intended to be fixed on a support 200, for example by means of fastening tabs 201 as illustrated in FIGS. Figures 9a and 9b so that its X-X ' axis makes an angle as close as possible to 90 ° with respect to the most likely viewing direction V of an observer.
  • the rear face of the antenna carrying the reflector function 104 is applied against the support 120, for example a vertical wall, facing the observer. Consisting of an optically transparent substrate coated with one or more conductive surfaces chosen for example from an optically transparent conductive film and a wire mesh of conducting wires, the rear face serving as a reflector 104 and the front face 113 of the antenna system 100 are not visible and are confused with the support 120. Only the side edges 109 are visible here, but their presence is discreet.
  • the dimensions of the antenna system are a height of about 500 mm, a width of about 400 mm and a thickness of about 60 mm.
  • the Y-Y ' axis of the radiating elements 105 is then more or less parallel to this direction of vision V so that the observer sees only the edge of the transparent substrate 110 carrying the conductive surfaces of the element's dipoles 106A, 106B radiating 105.
  • the film thickness conducteuroptiquement trtansparent and / or the mesh fabric is visible which leads to an overall visual impact very reduced.
  • the Figures 10a and 10b illustrate the standing wave ratio of an antenna system, obtained by impedance matching of the connection ports.
  • the figure 10a shows the standing wave ratio VSWR (for "Voltage Standing Wave Ratio" in English) given in ordinate according to the frequency F in GHz given in abscissa.
  • the stationary wave ratio is represented here by the curve 200 for the port at + 45 ° and by the curve 201 for the port at -45 °. It is found that values of the VSWR stationary wave ratio of less than 2 are easily obtained in the frequency band between 1.7 GHz and 2.7 GHz. This demonstrates the ability of the antenna system to operate satisfactorily in a very wide range of frequencies.
  • the figure 10b shows the result of the impedance matching carried on a Smith chart (with respect to a characteristic impedance of 50 Ohms), respectively represented by the curves 202 and 203 for the two polarizations at + 45 ° and -45 °. It is recalled that the Smith chart allows to find the impedance at the end of a transmission line of given length, loaded at the other end by any given impedance.
  • the figure 11 illustrates the -3 dB aperture of the radiation pattern of the antenna system in the horizontal plane (ports at + 45 ° and -45 °), the opening HBW (for "Horizontal BeamWidth" in English) in degrees is given in ordinate according to the frequency F in GHz given on the abscissa.
  • HBW for "Horizontal BeamWidth” in English
  • the figure 12 illustrates the energy ratio between a cross polarization and its co-polarization in the horizontal plane (ports at + 45 ° and -45 °) and in the axis of the antenna system.
  • the energy ratio XP in dB is given in ordinate according to the frequency F in GHz given in abscissa. It is observed that the energy ratio XP, represented by curve 220 for the port at + 45 ° and curve 221 for the port at -45 °, remains below 20 dB in the frequency band between 1, 7 GHz and 2.7 GHz, which is a very good result.
  • the radiation diagram of the antenna system in the horizontal plane is illustrated according to the two components of the cross polarization respectively (ports at + 45 ° and -45 °) for a tilt angle of zero degrees, the intensity radiation in dB is given on the ordinate and on the abscissa the angle of reflection ⁇ in degrees.
  • the radiation diagram of the antenna system in the vertical plane is illustrated according to the two components of the cross polarization respectively (ports at + 45 ° and -45 °) for a tilt angle of zero degrees, the intensity radiation in dB is given on the ordinate and on the abscissa the angle of reflection ⁇ in degrees. It should be noted, however, that the radiation pattern in the vertical plane would not be as grouped in the case of a longer antenna system with a higher number of radiating elements.
  • the figure 15 shows the total gain of the antenna system for a tilt of 0 °, the gain G in dB given in ordinate according to the frequency F in GHz given in abscissa.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Un système d'antennes optiquement transparent comporte au moins une antenne unitaire comprenant au moins un élément rayonnant formé d'au moins un dipôle porté par un pied placé sur un réflecteur, l'élément rayonnant étant entouré de cloisons longitudinales et transversales et relié à une ligne d'alimentation. Le dipôle, le réflecteur, les cloisons et la ligne d'alimentation sont constitués d'un substrat optiquement transparent recouvert d'au moins une surface conductrice optiquement transparente, la surface conductrice étant choisie parmi un film conducteur optiquement transparent, une toile maillée conductrice, et une association d'un film conducteur d'oxyde optiquement transparent et d'une toile maillée conductrice.An optically transparent antenna system comprises at least one unitary antenna comprising at least one radiating element formed of at least one dipole carried by a foot placed on a reflector, the radiating element being surrounded by longitudinal and transverse partitions and connected to a feeder. The dipole, the reflector, the partitions and the feed line consist of an optically transparent substrate covered with at least one optically transparent conductive surface, the conductive surface being chosen from an optically transparent conductive film, a conductive mesh, and a combination of an optically transparent oxide conductive film and a conductive mesh.

Description

La présente invention se rapporte au domaine des systèmes d'antennes de télécommunication transmettant des ondes radioélectriques hyperfréquences. Elle concerne plus particulièrement les systèmes d'antennes dits « optiquement quasi-transparents » pour un observateur.The present invention relates to the field of telecommunication antenna systems transmitting microwave radio waves. It relates more particularly to so-called "optically quasi-transparent" antenna systems for an observer.

Un système d'antennes est composée de plusieurs antennes unitaires, comme des antennes patch ou des alignements de dipôles (« Antenna Array » en anglais) travaillant dans une bande de fréquence donnée, qui sont destinés plus particulièrement aux applications de la téléphonie cellulaire. Les antennes à inclinaison électrique variable dites VET (pour « Variable Electric Tilt » en anglais) permettent de faire varier la position du lobe principal par rapport à l'horizon. Le réglage de l'inclinaison de l'antenne dans le plan vertical peut être réalisé par différentes techniques appliquées au réseau d'alimentation d'antenne, en utilisant des dispositifs actifs et/ou passifs, principalement au moyen d'un dispositif de décalage de phase.An antenna system is composed of several unitary antennas, such as patch antennas or dipole alignments ("Antenna Array" in English) working in a given frequency band, which are intended more particularly for cell phone applications. Variable electric tilt antennas known as VET (Variable Electric Tilt) allow to vary the position of the main lobe with respect to the horizon. Adjustment of the inclination of the antenna in the vertical plane can be achieved by different techniques applied to the antenna supply network, using active and / or passive devices, mainly by means of a device for shifting the antenna. phase.

Les éléments rayonnants des antennes unitaires dévolues aux applications requérant un faible impact visuel ont le plus souvent une configuration en couches planes qui est défavorable à l'obtention d'un impact visuel réduit. Ils sont réalisés à partir de couches conductrices, qui sont superposées afin d'augmenter les largeur de bande de fréquence utile des antennes, ces couches conductrices étant obtenues soit par le dépôt de couches minces d'oxydes conducteurs, soit à partir de fils minces ou de toile en métaux conducteurs. Comme ces antennes sont construites à partir de la superposition de plusieurs couches planes, la transparence qui en résulte est d'autant plus réduite que le nombre de couches augmente. Cet empilement de multiples couches planes résulte en une addition de couches plus ou moins transparentes, conduisant à un système d'antennes « quasi-opaque », ou à l'apparition de certaines zones non-transparentes dans le meilleur des cas. De nombreuses améliorations sont donc attendues dans ce domaine.The radiating elements of the unitary antennas assigned to applications requiring a low visual impact most often have a flat layer configuration which is unfavorable to obtaining a reduced visual impact. They are made from conductive layers, which are superposed in order to increase the effective frequency bandwidth of the antennas, these conductive layers being obtained either by the deposition of thin layers of conductive oxides, or from thin wires or of conductive metal cloth. As these antennas are built from the superposition of several flat layers, the resulting transparency is reduced as the number of layers increases. This stack of multiple flat layers results in the addition of more or less transparent layers, leading to a "quasi-opaque" antenna system, or the appearance of certain non-transparent areas in the best case. Many improvements are expected in this area.

Les systèmes d'antennes optiquement quasi-transparents sont au centre de l'intérêt des opérateurs pour leurs qualités visuelles et esthétiques leur permettant une meilleure intégration dans le paysage. On entend par « optiquement quasi-transparent » un dispositif qui laisse passer la lumière visible dans une proportion d'au moins 80%, de telle sorte que l'oeil humain n'identifie pas au premier coup d'oeil la présence d'un tel dispositif. Malgré les choix techniques et les compromis nécessaires qui mènent à l'obtention d'un système d'antennes optiquement quasi-transparent, un système d'antennes dit « à commande de phase » ou « à réseau phasé » (« Phased Array Antenna » en anglais) doit néanmoins toujours permettre à un opérateur de sélectionner et contrôler la position du lobe principal des antennes unitaires (i.e. l'inclinaison dans le plan vertical ou « tilt »), et de fournir le même niveau de performances radiofréquences que les systèmes d'antennes unitaires habituellement utilisées.Optically quasi-transparent antenna systems are at the center of operators' interest for their visual and aesthetic qualities allowing them a better integration into the landscape. By "optically quasi-transparent" is meant a device that passes visible light in a proportion of at least 80%, so that the human eye does not identify at first glance the presence of a such device. Despite the technical choices and compromises necessary to obtain an optically near-transparent antenna system, a so-called "phased array" or "Phased Array Antenna" antenna system. in English) should nevertheless still allow an operator to select and control the position of the main lobe of the unit antennas (ie the tilt or vertical tilt), and to provide the same level of radio frequency performance as the antenna systems. unitary antennas usually used.

Jusqu'à présent, les systèmes d'antennes dit « optiquement quasi-transparents » font appel à la technologie dite « patch » ou à la technique d'alimentation par fentes. Si le dépôt mince de composés conducteurs transparents, comme par exemple l'oxyde d'indium dopé à l'étain ITO (pour « Indium Tin Oxyde » en anglais), l'oxyde d'étain dopé à l'argent AgHT, le zinc dopé à l'aluminium, etc..., représente une solution intéressante pour obtenir une surface conductrice quasi-transparente, la conductivité finale de ce matériel n'est pas aussi bonne que celle des surfaces métalliques standards classiques d'aluminium ou de cuivre. Ces systèmes d'antennes connus ne peuvent assurer une utilisation large bande, sauf à accroître le nombre de couches de manière si importante qu'il en résulte une opacité presque totale.Until now, so-called "optically near-transparent" antenna systems use so-called "patch" technology or the slot feed technique. If the thin deposition of transparent conductive compounds, for example tin-doped indium oxide ITO (for "Indium Tin Oxide" in English), silver-doped tin oxide AgHT, zinc doped with aluminum, etc ..., represents an interesting solution to obtain a quasi-transparent conductive surface, the final conductivity of this material is not as good as that of conventional standard aluminum or copper metal surfaces. These known antenna systems can not ensure wideband use, except to increase the number of layers so significantly that it results in almost complete opacity.

L'utilisation d'une toile composée de fils conducteur comme plan de masse (« ground plane » en anglais) peut être une solution alternative intéressante, mais, dans les formes actuelles, elle ne permet pas d'atteindre les objectifs que l'on s'est fixé. En effet :

  • soit les fils sont minces et/ou la maille de toile est large pour améliorer la transparence, mais dans ce cas l'efficacité du blindage est faible,
  • soit les fils sont épais et/ou la maille de toile est étroite pour améliorer la conductivité, mais dans ce cas l'impact visuel ne correspond pas à un système d'antennes quasi-transparent.
The use of a fabric composed of conductive wires as a ground plane may be an interesting alternative solution, but, in the current forms, it does not make it possible to achieve the objectives that one has set. Indeed :
  • either the wires are thin and / or the mesh of fabric is wide to improve the transparency, but in this case the effectiveness of the shielding is weak,
  • either the wires are thick and / or the mesh is narrow to improve the conductivity, but in this case the visual impact does not correspond to a quasi-transparent antenna system.

Les opérateurs sont donc dans l'attente d'un système d'antennes qui permet d'atteindre le niveau de performances radiofréquences au moins équivalent à celui des antennes connues, tout en apportant l'apparence optiquement quasi-transparente souhaitée.Operators are therefore waiting for an antenna system that achieves the level of radio frequency performance at least equivalent to that of known antennas, while providing the optically almost transparent desired appearance.

La présente invention a donc pour but de proposer un système d'antennes en réseau phasé comprenant au moins une antenne panneau à inclinaison électrique variable VET présentant simultanément un impact visuel très faible pour un observateur qui serait placé en face, et des performances radiofréquences équivalentes à celles d'une antenne panneau VET connue.The object of the present invention is therefore to propose a phased array antenna system comprising at least one VET variable tilt panel antenna simultaneously having a very low visual impact for an observer who would be placed in front, and radio frequency performance equivalent to those of a known VET panel antenna.

Un autre but est de fournir un tel système d'antennes qui soit en outre configuré dans un plan et bien adapté au montage sur un support tubulaire (tel qu'un mât ou un pylône) ou une surface plane, telle que le mur d'un bâtiment.Another object is to provide such an antenna system which is further configured in a plane and well suited for mounting on a tubular support (such as a mast or pylon) or a flat surface, such as the wall of a building.

L'objet de la présente invention est un système d'antennes optiquement transparent comportant au moins une antenne unitaire comprenant au moins un élément rayonnant formé d'au moins un dipôle porté par un pied placé sur un réflecteur, l'élément rayonnant étant entouré de cloisons longitudinales et transversales et relié à une ligne d'alimentation. Le dipôle, le réflecteur, les cloisons et la ligne d'alimentation sont constitués d'un substrat optiquement transparent recouvert d'au moins une surface conductrice optiquement transparente, la surface conductrice étant choisie parmi un film conducteur optiquement transparent, une toile maillée conductrice, et une association d'un film conducteur optiquement transparent et d'une toile maillée conductrice.The object of the present invention is an optically transparent antenna system comprising at least one unitary antenna comprising at least one radiating element formed of at least one dipole carried by a foot placed on a reflector, the radiating element being surrounded by longitudinal and transverse partitions and connected to a power line. The dipole, the reflector, the partitions and the supply line consist of an optically transparent substrate covered with at least one optically transparent conductive surface, the conductive surface being chosen from an optically transparent conductive film, a conductive mesh, and a combination of an optically transparent conductive film and a conductive mesh.

Selon une première variante, la toile maillée est formée d'un ensemble de fils conducteurs verticaux et horizontaux formant des mailles approximativement parallélépipédiques, ou d'un ensemble de fils conducteurs verticaux, horizontaux et diagonaux formant des mailles approximativement triangulaires.According to a first variant, the mesh is formed of a set of vertical and horizontal conductor wires forming approximately parallelepipedal meshes, or a set of vertical, horizontal and diagonal conductor wires forming approximately triangular meshes.

Selon une deuxième variante, la toile maillée est formée d'un ensemble de pistes conductrices imprimées sur un substrat optiquement transparent.According to a second variant, the mesh is formed of a set of conductive tracks printed on an optically transparent substrate.

Selon un premier aspect, les dimensions des fils conducteur ou des pistes conductrices varient selon les zones en fonction de la densité de courant dans ces zones.According to a first aspect, the dimensions of the conductive wires or conducting tracks vary according to the zones as a function of the current density in these zones.

Selon un deuxième aspect, le pas de la maille de la toile maillée varie selon les zones en fonction de la densité de courant dans ces zones.According to a second aspect, the pitch of the mesh of the mesh varies according to the zones as a function of the current density in these zones.

Selon un troisième aspect, la ligne d'alimentation est disposée sur la face du substrat opposée au dipôle.In a third aspect, the feed line is disposed on the face of the substrate opposite the dipole.

Selon un quatrième aspect, le dipôle, le réflecteur, les cloisons et la ligne d'alimentation sont constitués d'un substrat optiquement transparent recouvert d'un film conducteur optiquement transparent, le film conducteur étant lui-même recouvert d'une toile maillée en fils conducteurs.According to a fourth aspect, the dipole, the reflector, the partitions and the power supply line consist of an optically transparent substrate covered with an optically transparent conductive film, the conductive film being itself covered with a mesh fabric made of lead wires.

Selon un cinquième aspect, le film conducteur optiquement transparent est un film d'un oxyde conducteur optiquement transparent choisi parmi l'oxyde d'indium dopé à l'étain, l'oxyde d'étain dopé à l'argent, l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium, l'oxyde de zinc dopé à l'indium et l'oxyde de zinc dopé au gallium.According to a fifth aspect, the optically transparent conductive film is a film of an optically transparent conductive oxide selected from tin doped indium oxide, silver doped tin oxide, aluminum-doped zinc, indium doped zinc oxide and gallium-doped zinc oxide.

Selon un sixième aspect, le film conducteur optiquement transparent est un film d'un polymère conducteur optiquement transparent contenant une polyaniline ou du poly(3,4-éthylènedioxythiophène).According to a sixth aspect, the optically transparent conductive film is a film of an optically transparent conductive polymer containing a polyaniline or poly (3,4-ethylenedioxythiophene).

Selon un septième aspect, le film conducteur optiquement transparent est un film d'un nanomatériel conducteur optiquement transparent choisi parmi un fullerène, un graphène, un nanotube de carbone et un nanométal, notamment sous forme de nanofil ou nanoparticule.According to a seventh aspect, the optically transparent conductive film is a film of an optically transparent conductive nanomaterial chosen from a fullerene, a graphene, a carbon nanotube and a nanometal, especially in the form of nanowire or nanoparticle.

Selon un huitième aspect, le film conducteur d'oxyde optiquement transparent est déposé sur le substrat par un procédé mécanique, physique ou chimique.According to an eighth aspect, the optically transparent oxide conductive film is deposited on the substrate by a mechanical, physical or chemical process.

Selon un neuvième aspect, les fils conducteurs sont constitués d'un métal choisi parmi le cuivre, l'aluminium, l'argent et l'or.According to a ninth aspect, the conductive son consist of a metal selected from copper, aluminum, silver and gold.

Selon un dixième aspect, le substrat optiquement transparent est choisi parmi un verre, un polymère acrylique, du polyéthylène téréphtalate PET, du polycarbonate PC, un matériau composite à base de fibres de verre liées par une résine polyester.According to a tenth aspect, the optically transparent substrate is selected from a glass, an acrylic polymer, polyethylene terephthalate PET, polycarbonate PC, a composite material based on glass fibers bonded with a polyester resin.

Selon un mode de réalisation, le système d'antennes comprend deux antennes unitaires dont les éléments rayonnants sont alignés selon des rangées parallèles séparées par une cloison longitudinale.According to one embodiment, the antenna system comprises two unitary antennas whose radiating elements are aligned in parallel rows separated by a longitudinal partition.

Selon un autre mode de réalisation, le système d'antennes comprend deux antennes unitaires dont les éléments rayonnants sont formés d'un premier dipôle appartenant à la première antenne unitaire et d'un deuxième dipôle appartenant à la deuxième antenne unitaire, les deux dipôles étant croisés à polarisation orthogonale.According to another embodiment, the antenna system comprises two unitary antennas whose radiating elements are formed of a first dipole belonging to the first unitary antenna and a second dipole belonging to the second unitary antenna, the two dipoles being crossed with orthogonal polarization.

Selon encore un autre mode de réalisation, le système d'antennes comprend au moins deux antennes unitaires, chacune opérant dans une bande de fréquence différente. Par exemple, le système d'antennes peut comprendre plusieurs antennes unitaires (3, 4, 5, 6, etc...) dont les éléments rayonnants sont alignés selon des rangées parallèles séparées par une cloison longitudinale. Par exemple encore, le système d'antennes peut comprendre plusieurs antennes unitaires dont deux antennes unitaires au moins comportent des éléments rayonnants formés d'un premier dipôle appartenant à la première antenne unitaire et d'un deuxième dipôle appartenant à la deuxième antenne unitaire, les deux dipôles étant croisés à polarisation orthogonale. Les éléments rayonnants appartenant aux autres antennes peuvent selon le cas être dans la même configuration ou bien alignés.According to yet another embodiment, the antenna system comprises at least two unitary antennas, each operating in a different frequency band. For example, the antenna system may comprise several unitary antennas (3, 4, 5, 6, etc.) whose radiating elements are aligned in parallel rows separated by a longitudinal partition. For example again, the antenna system may comprise several unitary antennas of which at least two unitary antennas comprise radiating elements formed of a first dipole belonging to the first unitary antenna and of a second dipole belonging to the second unitary antenna, the two dipoles being crossed with orthogonal polarization. The radiating elements belonging to the other antennas may, depending on the case, be in the same configuration or aligned.

Avantageusement on dispose les éléments rayonnants perpendiculairement sur des surfaces verticales, tels que murs, etc... Ainsi seules quelques "petites lignes" seront visibles en vue de face de l'antenne. Par conséquent, même si l'épaisseur finale de l'antenne panneau peut être supérieure à celles utilisant des éléments rayonnants du type patchs ou à fentes, l'option d'une conception volumique conduit finalement à un impact visuel global moindre pour un observateur qui serait placé en face.Advantageously, the radiating elements are arranged perpendicularly on vertical surfaces, such as walls, etc. Thus only a few "small lines" will be visible in front view of the antenna. Therefore, even if the final thickness of the panel antenna may be greater than those using patch-type or slot-type radiators, the volumetric design option ultimately leads to a lower overall visual impact for an observer who would be placed in front.

De plus en combinant les avantages d'une part du film conducteur optiquement transparent et d'autre part d'une toile maillée composée de fils conducteurs, on améliore la conductivité globale de la surface conductrice tout en ne diminuant pas sensiblement sa transparence.Moreover, by combining the advantages of an optically transparent conductive film and of a mesh fabric composed of conducting wires, the overall conductivity of the conductive surface is improved while not substantially reducing its transparency.

Un avantage supplémentaire peut être obtenu en concevant une toile maillée avec un design spécifique. Notamment des fils conducteurs plus épais ou de différentes dimensions et/ou une portion de toile avec des mailles de plus petites surfaces peuvent être placés dans des positions sélectionnées, là où la densité de courant ou un effet de blindage le nécessitent. Des fils conducteurs de dimension moindre et/ou une portion de toile avec des mailles plus larges peuvent être placés dans des positions sélectionnées qui requiert une densité de courant ou un effet de blindage moins important.An additional benefit can be obtained by designing a mesh fabric with a specific design. In particular, thicker or different sized wires and / or a portion of fabric with smaller mesh sizes can be placed in selected positions, where the current density or shielding effect require it. Smaller conductor wires and / or a web portion with larger meshs can be placed in selected positions that require less current density or shielding effect.

Comparée aux techniques connues, cette solution est plus efficace pour obtenir un système d'antennes à faible impact visuel. Elle permet simultanément d'améliorer la transparence globale du système d'antennes, les performances RF, la robustesse mécanique, le coût et le poids total de l'antenne et de simplifier la conception RF du système d'antennes. Cette solution autorise la conception d'une nouvelle gamme complète de systèmes d'antennes à faible impact visuel. Elle est particulièrement bien adaptée à l'installation du système d'antennes sur un support à surface verticale. Elle permet en outre d'augmenter la bande de fréquence utilisable.Compared with known techniques, this solution is more efficient for obtaining a low visual impact antenna system. It simultaneously improves the overall transparency of the antenna system, the RF performance, the mechanical robustness, the cost and the total weight of the antenna and simplifies the RF design of the antenna system. This solution allows the design of a new complete range of low visual impact antenna systems. It is particularly well suited to the installation of the antenna system on a vertical surface support. It also makes it possible to increase the usable frequency band.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation, donné bien entendu à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel

  • la figure 1 illustre, en vue partielle en perspective, un premier mode de réalisation d'un système d'antennes,
  • les figures 2a et 2b illustrent, respectivement en vues de dessus et de côté, le premier mode de réalisation d'un système d'antennes,
  • la figure 3 illustre, en vue partielle détaillée, un élément rayonnant d'antennes unitaire selon le premier mode de réalisation d'un système d'antennes,
  • les figures 4a, 4b et 4c illustrent, respectivement en vues de côté et en perspective, la réalisation d'une surface conductrice,
  • les figures 5a, 5b, 5c et 5d illustrent schématiquement des variantes de réalisation d'une surface conductrice en toile maillée,
  • la figure 6 illustre, en vue partielle en perspective, un deuxième mode de réalisation d'un système d'antennes,
  • les figures 7a et 7b illustrent, respectivement en vues de dessus et de côté, le deuxième mode de réalisation d'un système d'antennes,
  • la figure 8 illustre en vue partielle détaillée le deuxième mode de réalisation d'un système d'antennes,
  • la figure 9 illustre partiellement la vue qu'aurait un observateur placé face à un système d'antennes, selon le deuxième mode de réalisation, appliqué contre une surface verticale,
  • les figures 10a et 10b illustrent l'adaptation en impédance du système d'antennes (VSWR et abaque de Smith),
  • la figure 11 illustre l'ouverture à -3 dB du diagramme de rayonnement du système d'antennes dans le plan horizontal,
  • la figure 12 illustre le rapport d'énergie entre la polarisation croisée et la copolarisation dans le plan horizontal et dans l'axe du système d'antennes,
  • les figures 13a et 13b illustrent le diagramme de rayonnement du système d'antennes dans le plan horizontal selon les deux composantes de la polarisation croisée respectivement, pour un angle d'inclinaison de zéro degré,
  • les figures 14a et 14b illustrent le diagramme de rayonnement du système d'antennes dans le plan vertical selon les deux composantes de la polarisation croisée respectivement pour un angle d'inclinaison de zéro degré,
  • la figure 15 illustre le gain total du système d'antennes.
Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the following description of an embodiment, given of course by way of illustration and not limitation, and in the accompanying drawing in which:
  • the figure 1 illustrates, in partial perspective view, a first embodiment of an antenna system,
  • the Figures 2a and 2b illustrate, respectively in top and side views, the first embodiment of an antenna system,
  • the figure 3 illustrates, in a detailed partial view, a unitary antenna radiating element according to the first embodiment of an antenna system,
  • the Figures 4a, 4b and 4c illustrate, respectively in side views and in perspective, the production of a conductive surface,
  • the Figures 5a, 5b, 5c and 5d schematically illustrate alternative embodiments of a conductive mesh surface mesh,
  • the figure 6 illustrates, in partial perspective view, a second embodiment of an antenna system,
  • the Figures 7a and 7b illustrate, respectively in top and side views, the second embodiment of an antenna system,
  • the figure 8 illustrates in partial detail the second embodiment of an antenna system,
  • the figure 9 partially illustrates the view of an observer facing an antenna system, according to the second embodiment, applied against a vertical surface,
  • the Figures 10a and 10b illustrate the impedance matching of the antenna system (VSWR and Smith chart),
  • the figure 11 illustrates the -3 dB aperture of the radiation pattern of the antenna system in the horizontal plane,
  • the figure 12 illustrates the energy ratio between the cross polarization and the co-polarization in the horizontal plane and in the axis of the antenna system,
  • the Figures 13a and 13b illustrate the radiation pattern of the antenna system in the horizontal plane according to the two components of the cross polarization respectively, for an angle of inclination of zero degrees,
  • the Figures 14a and 14b illustrate the radiation pattern of the antenna system in the vertical plane according to the two components of the cross polarization respectively for a tilt angle of zero degrees,
  • the figure 15 illustrates the total gain of the antenna system.

La terminologie directionnelle comme « gauche », « droite », « haut », « bas », « avant », « arrière », « vertical », horizontal », etc... est utilisée en référence à l'orientation des figures ici décrites. Parce que les éléments composant les modes de réalisation de la présente invention peuvent être placés dans des orientations différentes, la terminologie directionnelle n'est utilisée ici qu'à des fins d'illustration et n'est nullement limitative.Directional terminology such as "left", "right", "up", "down", "forward", "backward", "vertical", horizontal ", etc. is used with reference to the orientation of the figures here described. Because the elements composing the embodiments of the present invention can be placed in different orientations, the directional terminology is only used here for purposes of illustration and is in no way limiting.

Dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1 et les figures 2a et 2b, un système d'antennes en réseau phasé 1 à faible impact visuel comporte une première antenne panneau unitaire à inclinaison électrique variable VET 2A et une deuxième antenne panneau unitaire à inclinaison électrique variable VET 2B. En télécommunication, un système d'antennes en réseau phasé est un groupe d'antennes unitaires alimentées avec des signaux dont la phase est ajustée de façon à obtenir le diagramme de rayonnement voulu.In the first embodiment illustrated on the figure 1 and the Figures 2a and 2b , a phased array antenna system 1 with a low visual impact includes a first VET 2A variable tilt unit panel antenna and a second VET 2B variable tilt unit panel antenna . In telecommunications, a phased array antenna system is a group of unitary antennas powered with signals whose phase is adjusted to obtain the desired radiation pattern.

On entend ici par antenne panneau unitaire 2A, 2B, un alignement d'éléments rayonnants 3 fonctionnant dans un domaine de fréquence donné et comportant son propre système d'alimentation. Le système d'antennes 1 regroupe des antennes unitaires 2A, 2B opérant avec des polarisations différentes à l'intérieur d'une structure mécanique unique 4, ou châssis, ayant un volume fixe et limité, chaque antenne unitaire 2A, 2B ayant son alimentation adapté à sa bande de fréquence de fonctionnement. Le système d'antennes 1, destiné à être utilisé dans une station de base d'un réseau de télécommunication mobile, comporte plusieurs ports 5 de transmission / réception. Les ports 5 sont des connecteurs RF, comme par exemple des connecteurs de type 7/16, de type N, etc...Here unitary panel antenna 2A, 2B is understood to mean an alignment of radiating elements 3 operating in a given frequency range and having its own power supply system. The antenna system 1 groups unit antennas 2A, 2B operating with different polarizations inside a single mechanical structure 4, or chassis, having a fixed and limited volume, each unit antenna 2A, 2B having its adapted power supply. at its operating frequency band. Antenna system 1 for use in a base station of a mobile telecommunication network has a plurality of transmit / receive ports 5 . The ports 5 are RF connectors, for example type 7/16, N type connectors, etc.

Dans ce mode de réalisation, l'antenne panneau VET 2A de polarisation inclinée à +45° est séparée de l'antenne panneau VET 2B de polarisation inclinée à -45° afin d'améliorer l'isolation naturelle des polarisations +45 et -45° des antennes, et de réduire la longueur des lignes d'alimentation afin de réduire leurs pertes. Les éléments rayonnants 3 sont disposés sur un réflecteur 6, commun aux deux antennes unitaires 2A et 2B, appartenant à la structure mécanique 4 du système d'antennes 1. In this embodiment, the + 45 ° inclined polarization VET 2A panel antenna is separated from the polarized VET 2B panel antenna inclined at -45 ° to enhance the natural isolation of the +45 and -45 polarizations. ° antennas, and reduce the length of power lines to reduce their losses. The radiating elements 3 are arranged on a reflector 6, common to the two unitary antennas 2A and 2B, belonging to the mechanical structure 4 of the antenna system 1.

Des cloisons longitudinales 7 et transversales 8 permettent de séparer physiquement les éléments rayonnants 3 de chaque antenne unitaire 2A, 2B, et de séparer les rangées d'éléments rayonnants 3 de chacune des antennes unitaires 2A et 2B. La présence des cloisons longitudinales 7 contribue à la formation du faisceau horizontal -3 dB du diagramme d'antenne. Les cloisons transversales 8 permettent d'améliorer l'isolation entre les éléments rayonnants 3 et de participer à la formation du diagramme global du système d'antennes. Ces cloisons 7, 8 peuvent être supportées par n'importe quel type de matériau transparent tel que du verre, mais de préférence on utilise un matériau transparent léger comme du polycarbonate PC par exemple, afin de réduire le poids global du système d'antennes 1. Tout comme le réflecteur 6, les éléments rayonnants 3 et leurs lignes d'alimentation, les cloisons 7, 8 possèdent des surfaces conductrices qui peuvent être un film conducteur, comme un film d'oxyde optiquement transparent dit OTC (pour « Oxydes Transparents et Conducteurs ») tel qu'un oxyde d'indium dopé à l'étain ITO, ou bien une toile maillée constituée de fils conducteurs, comme des fils métalliques en cuivre par exemple, ou bien encore un film conducteur optiquement transparent associé à une toile maillée en fils conducteurs. Les cloisons 7, 8 participent à la robustesse globale de la structure mécanique 4 du système d'antennes 1. Si nécessaire, les cloisons 7, 8 peuvent comporter des orifices pour permettre le passage des lignes d'alimentation.Longitudinal partitions 7 and transverse 8 are used to physically separate the radiating elements 3 of each antenna unit 2A, 2B, and separating the rows of radiating elements 3 of each of the unit antennas 2A and 2B. The presence of the longitudinal partitions 7 contributes to the formation of the horizontal beam -3 dB of the antenna pattern. The transverse partitions 8 make it possible to improve the insulation between the radiating elements 3 and to participate in the formation of the overall diagram of the antenna system. These partitions 7, 8 can be supported by any type of transparent material such as glass, but preferably a light transparent material such as polycarbonate PC is used for example, in order to reduce the overall weight of the antenna system 1 . as the reflector 6, the radiating elements 3 and their feed lines, the partitions 7, 8 have conductive surfaces which may be a conductive film, such as an optically transparent oxide film said OTC (for "transparent Oxides and Conductors "), such as an indium oxide doped with tin ITO, or a wire mesh made of conducting wires, such as copper wires for example, or else an optically transparent conductive film associated with a mesh fabric in conducting wires. The partitions 7, 8 contribute to the overall robustness of the mechanical structure 4 of the system of antennas 1. If necessary, the partitions 7, 8 may include orifices to allow the passage of the supply lines.

Le système d'antennes 1 est destiné à être placé sur un support plan sensiblement vertical de telle sorte que son axe X-X' fasse un angle qui se trouve le plus proche possible de 90° par rapport à la direction la plus probable de vision V d'un observateur. Dans le meilleur des cas l'axe Y-Y' de l'élément rayonnant 3 se trouve ainsi sensiblement colinéaire à la direction de vision V de l'observateur.The antenna system 1 is intended to be placed on a substantially vertical plane support so that its axis X-X ' makes an angle which is as close as possible to 90 ° with respect to the most probable direction of vision V d an observer. In the best case, the axis Y-Y ' of the radiating element 3 is thus substantially collinear with the viewing direction V of the observer.

Le réflecteur 6, servant de plan de masse (« ground plane » en anglais), est constitué d'une surface conductrice portée par la face arrière du système d'antennes 1. Il est réalisé dans un matériau visuellement transparent comme par exemple du verre, du verre feuilleté, du verre fumé, du verre teinté, du verre incassable, du verre de sécurité, etc..., mais aussi une matière plastique transparente comme de l'acrylique, par exemple du polyméthacrylate de méthyle PMMA, du polyéthylène téréphtalate PET, du polycarbonate PC, un matériau composite à base de fibres de verre, par exemple liées par une résine polyester, etc... Ce matériau est ensuite revêtu d'une surface conductrice qui peut être constituée par un film conducteur optiquement transparent, tel qu'un film d'oxyde conducteur optiquement transparent OTC comme l'oxyde d'indium dopé à l'étain ITO, ou bien par une toile maillée constituée de fils conducteurs, par exemple en cuivre, ou bien encore par un film conducteur optiquement transparent associé à une toile maillée en fils conducteurs. La face avant du système d'antennes 1, ici formant le radôme 9 est aussi réalisée dans un matériau visuellement transparent qui peut être l'un des matériaux précédemment cités.The reflector 6 serving as ground plane ("ground plane" in English), consists of a conductive surface carried by the rear face of the antenna system 1. It is made of a visually transparent material such as glass , laminated glass, smoked glass, tinted glass, shatterproof glass, safety glass, etc., but also a transparent plastic such as acrylic, for example polymethyl methacrylate PMMA, polyethylene terephthalate PET, polycarbonate PC, a composite material based on glass fibers, for example linked by a polyester resin, etc. This material is then coated with a conductive surface which may be constituted by an optically transparent conductive film, such as an OTC optically transparent conductive oxide film, such as tin-doped indium oxide ITO, or by a wire mesh consisting of conducting wires, for example made of copper, or else by n optically transparent conductive film associated with a wire mesh of conductive wires. The front face of the antenna system 1, here forming the radome 9 is also made of a visually transparent material which may be one of the aforementioned materials.

Afin de renforcer la tenue mécanique du système d'antennes 1, un fond et un couvercle (non représentés) appartenant à la structure mécanique du système d'antennes peuvent être ajoutés. Le fond et le couvercle peuvent également être constitués d'un matériau visuellement transparent afin d'améliorer la transparence globale du système d'antennes. Toutefois une partie du fond et/ou du couvercle pourrait être réalisée avec un matériau non-transparent, par exemple un métal, dans le cas où une protection mécanique supplémentaire est nécessaire (par exemple une protection contre les chutes d'objet sur ces surfaces) ou afin d'améliorer la robustesse mécanique générale du système d'antennes.In order to reinforce the mechanical strength of the antenna system 1, a bottom and a cover (not shown) belonging to the mechanical structure of the antenna system can be added. The bottom and the cover may also be made of a visually transparent material to improve the overall transparency of the antenna system. However part of the bottom and / or the cover could be made of a non-transparent material, for example a metal, in the case where additional mechanical protection is necessary (for example a protection against falling objects on these surfaces) or to improve the overall mechanical strength of the antenna system.

Comme illustré sur la figure 3, l'élément rayonnant 3 est un dipôle 10 demi-onde dont les bras conducteurs sont portés par un pied 11 placé perpendiculairement au réflecteur 6 plan. Le réflecteur 6 plan à surface conductrice est muni de rebords latéraux 12 parallèles aux cloisons longitudinales 7. Les rebords latéraux 12 du réflecteur 6 sont formés en repliant les bords longitudinaux du réflecteur 6 en direction des éléments rayonnants 3. Les éléments rayonnants 3 peuvent être des dipôles quasi-yagi ou toute autre type de dipôle, placés à une distance du réflecteur 6 de préférence de l'ordre de λ/4, où λ est la fréquence centrale de fonctionnement de l'antenne unitaire.As illustrated on the figure 3 , The radiating element 3 is a 10 half-wave dipole, the conductive arms are carried by a foot 11 place perpendicularly to the reflector plane 6. The reflector 6 plane conductive surface is provided with lateral flanges 12 parallel to the longitudinal partitions 7 . The lateral flanges 12 of the reflector 6 are formed by folding the longitudinal edges of the reflector 6 towards the radiating elements 3. The radiating elements 3 may be quasi-yagi dipoles or any other type of dipole placed at a distance from the reflector 6 of the reflector 6. preferably of the order of λ / 4, where λ is the central operating frequency of the unit antenna.

Le dipôle 10 est imprimé sur l'une des faces d'un substrat 14 transparent à constante diélectrique εr élevée (1 < εr < 5), comme par exemple un substrat en polycarbonate PC, en polyéthylène téréphtalate PET, en polychlorobiphényle PCB ou en tout autre matériau optiquement transparent. Il faut noter que les éléments rayonnants 3 sont placés à l'intérieur de la structure mécanique 4 du système d'antennes 1, de sorte qu'ils n'auront pas à faire face à une contrainte externe mécanique directe ou un impact. La surface conductrice des bras du dipôle 10 peut être réalisée soit par le dépôt sur un substrat transparent d'un film conducteur optiquement transparent, tel qu'un film conducteur d'oxyde optiquement transparent OTC comme un oxyde d'indium dopé à l'étain ITO, ou bien par une toile maillée constituée de fils conducteurs, par exemple en cuivre, ou bien encore par un film conducteur optiquement transparent associé à une toile maillée en fils conducteurs.The dipole 10 is printed on one of the faces of a transparent substrate 14 having a high dielectric constant ε r (1 <ε r <5), for example a PC polycarbonate substrate, polyethylene terephthalate PET, polychlorinated biphenyl PCB or in any other optically transparent material. It should be noted that the radiating elements 3 are placed inside the mechanical structure 4 of the antenna system 1, so that they will not have to cope with a direct mechanical external stress or an impact. The conductive surface of the arms of the dipole 10 may be made either by the deposition on a transparent substrate of an optically transparent conductive film, such as an OTC optically transparent oxide conductive film such as a tin doped indium oxide. ITO, or by a mesh fabric consisting of conductive son, for example copper, or even by an optically transparent conductive film associated with a wire mesh conductive son.

Au moins une portion 13 conductrice alimentant le dipôle 10, qui assure la transition entre les lignes d'alimentation et l'élément rayonnant 3, est imprimée sur le même substrat 14 que le dipôle 10, sur la face opposée au dipôle 10, et sur le réflecteur 6. De préférence ces portions 13 des lignes d'alimentation sont des lignes microrubans (microstrip) ou des lignes triplaques (stripline) afin d'améliorer la transparence globale du système d'antennes. La portion 13 de la ligne d'alimentation peut être constituée par un film conducteur optiquement transparent, tel qu'un film d'oxyde conducteur optiquement transparent OTC comme un oxyde d'indium dopé à l'étain ITO, ou bien par une toile maillée constituée de fils conducteurs, par exemple en cuivre, ou bien encore par un film conducteur d'oxyde optiquement transparent OTC associé à une toile maillée en fils conducteurs, de manière analogue aux dipôles. La portion de la ligne d'alimentation située en dehors de la portion imprimée peut être un câble coaxial qui est relié aux connecteurs RF des ports 5 de transmission / réception.At least one conductive portion 13 feeding the dipole 10, which ensures the transition between the supply lines and the radiating element 3, is printed on the same substrate 14 as the dipole 10, on the opposite side to the dipole 10, and on the reflector 6 . Preferably, these portions 13 of the feed lines are microstrip lines or stripline lines in order to improve the overall transparency of the antenna system. The portion 13 of the feed line may be constituted by an optically transparent conductive film, such as an optically transparent conductive oxide film OTC such as an indium oxide doped with tin ITO, or by a mesh fabric consisting of conductive son, for example copper, or even by an OTC optically transparent oxide conductive film associated with a mesh of conductive son, similar to the dipoles. The portion of the power line located outside the printed portion may be a coaxial cable that is connected to the RF connectors of the transmit / receive ports.

Le système d'antennes comporte des réseaux d'alimentation FET (à inclinaison électrique fixe) ou VET (à inclinaison électrique variable). Il y a un réseau d'alimentation pour l'antenne unitaire 2B polarisée à +45°, un réseau d'alimentation pour l'antenne unitaire 2A polarisée à -45°. Les réseaux d'alimentation (non visibles sur la figure) peuvent être placés, comme ici, à l'intérieur des rebords latéraux 12 du réflecteur 6. Dans le cas présent les rebords latéraux 12 sont en métal afin d'assurer la rigidité mécanique du système d'antennes. Bien que non-transparents, leur impact visuel reste minime. Ils permettent de loger non seulement les réseaux d'alimentation mais aussi les dispositifs électroniques de pilotage de l'inclinaison électrique variable du système d'antennes 1. Les rebords latéraux 12 contenant les réseaux d'alimentation participent ainsi à la structure mécanique globale du système d'antennes. Ces rebords latéraux 12 sont formés par des portions métalliques, mais on peut aussi utiliser un matériau transparent conducteur, par exemple ayant subi un traitement de métallisation de façon à laisser apparents les différents éléments placés à l'intérieur.The antenna system includes FET (fixed tilt) or VET (variable tilt) power supply networks. There is a power supply for the unit antenna 2B polarized at + 45 °, a power supply for the unit antenna 2A polarized at -45 °. The supply networks (not visible in the figure) can be placed, as here, inside the lateral flanges 12 of the reflector 6. In this case the lateral flanges 12 are made of metal in order to ensure the mechanical rigidity of the antenna system. Although non-transparent, their visual impact remains minimal. They make it possible to house not only the power supply networks but also the electronic control devices for the variable electrical inclination of the antenna system 1. The lateral flanges 12 containing the supply networks thus participate in the overall mechanical structure of the system. antennas. These lateral flanges 12 are formed by metal portions, but it is also possible to use a transparent conductive material, for example having undergone a metallization treatment so as to leave visible the various elements placed inside.

Les figures 4a, 4b et 4c illustrent le procédé de réalisation du réflecteur, d'un élément rayonnant ou d'une portion de sa ligne d'alimentation. Un film conducteur 40 d'oxydes optiquement transparents OTC est déposé sur un substrat 41. The Figures 4a, 4b and 4c illustrate the method of producing the reflector, a radiating element or a portion of its feed line. An OTC optically transparent oxide conductive film 40 is deposited on a substrate 41.

Le substrat 41 est constitué d'un matériau visuellement transparent souple ou rigide comme par exemple du verre, du verre feuilleté, du verre fumé, du verre teinté, du verre incassable, du verre de sécurité, etc..., mais aussi une matière plastique transparente comme de l'acrylique, par exemple du polyméthacrylate de méthyle PMMA, du polyéthylène téréphtalate PET, du polycarbonate PC, du polychlorobiphényle PCB, un matériau composite à base de fibres de verre, par exemple liées par une résine polyester, etc...The substrate 41 is made of a flexible or rigid visually transparent material such as for example glass, laminated glass, smoked glass, tinted glass, unbreakable glass, safety glass, etc., but also a material transparent plastic such as acrylic, for example polymethyl methacrylate PMMA, polyethylene terephthalate PET, polycarbonate PC, polychlorinated biphenyl PCB, a composite material based on glass fibers, for example linked by a polyester resin, etc. .

Le film conducteurs 40 optiquement transparent est par exemple un film d'oxyde conducteur optiquement transparent OTC constitué d'oxyde d'indium dopé à l'étain ITO (pour « Indium Tin Oxyde » en anglais), d'oxyde d'étain dopé à l'argent AgHT, d'oxyde de zinc dopé à l'aluminium AZO (pour « Aluminum Zinc Oxyde » en anglais), d'oxyde de zinc dopé à l'indium IZO (pour « Indium Zinc Oxyde » en anglais), ou d'oxyde de zinc dopé au gallium GZO (pour « Gallium Zinc Oxyde » en anglais), etc... Le film conducteurs 40 optiquement transparent peut encore être un film de polymère conducteur optiquement transparent contenant notamment une polyaniline ou du poly(3,4-éthylènedioxythiophène) PEDOT, par exemple d'un mélange PEDOT-PSS de poly(styrène sulfonate) de sodium PSS et de poly(3,4-éthylènedioxythiophène) PEDOT ou encore un dérivé de poly(3,4-éthylènedioxythiophène) et de tétraméthylacrylate PEDOT-TMA. Enfin le film conducteur 40 optiquement transparent peut être un film d'un nanomatériel conducteur optiquement transparent choisi parmi un fullerène, un graphène, un nanotube de carbone CNT (pour « Carbon NanoTube » en anglais) et un nanométal comme notamment un nanofil ou une nanoparticule métallique, par exemple d'argent, d'or, de cuivre ou d'aluminium.The optically transparent conductive film 40 is, for example, an OTC optically transparent conductive oxide film consisting of indium tin-doped indium oxide ("Indium Tin Oxide"), tin oxide doped with AgHT silver, zinc oxide doped with aluminum AZO (for "Aluminum Zinc Oxide" in English), oxide of zinc indium-doped IZO (for "Indium Zinc Oxide" in English), or gallium-doped zinc oxide GZO (for "Gallium Zinc Oxide" in English), etc ... The optically transparent conductive film 40 can still be an optically transparent conductive polymer film containing in particular a polyaniline or poly (3,4-ethylenedioxythiophene) PEDOT, for example a PEDOT-PSS mixture of sodium polystyrene sulfonate PSS and poly (3,4 -ethylenedioxythiophene) PEDOT or a derivative of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and tetramethylacrylate PEDOT-TMA. Finally, the optically transparent conductive film 40 may be a film of an optically transparent conductive nanomaterial chosen from a fullerene, a graphene, a carbon nanotube CNT (for "Carbon NanoTube" in English) and a nanometal such as in particular a nanowire or a nanoparticle metal, for example silver, gold, copper or aluminum.

Le film 40 conducteur peut être déposé sur le substrat 41 en matériau transparent par toute méthode connue adaptée telle qu'un procédé mécanique, physique ou chimique. Par exemple le dépôt peut être effectué par voie physique en phase vapeur (PVD), par pulvérisation, évaporation sous vide, ablation laser, etc..., par voie chimique en phase vapeur (CVD, PECVD, OMCVD, ...), par dépôt électrolytique (argenture, cuivrage, dorure, aluminure, étamage, nickelage, etc...), par sérigraphie ou peinture, etc... Le film conducteur 40 pourrait aussi être placé sur une couche intermédiaire transparente mince (par exemple de 0,1 à 0,5 mm), elle-même étant collée sur le substrat 41 en matériau transparent ou bien maintenue en place par effet électrostatique par exemple. Aux fréquences élevées, les courants électromagnétiques circulent principalement dans la «peau» du matériau conducteur, c'est-à-dire à l'intérieur d'une faible épaisseur à proximité de la surface du matériau conducteur.The conductive film 40 may be deposited on the substrate 41 made of transparent material by any suitable known method such as a mechanical, physical or chemical process. For example, the deposition can be carried out physically by vapor phase (PVD), by sputtering, evaporation under vacuum, laser ablation, etc., by chemical vapor phase (CVD, PECVD, OMCVD, etc.). by electrolytic deposition (silver plating, copper plating, gilding, aluminide, tin plating, nickel plating, etc ...), by screen printing or painting, etc. The conductive film 40 could also be placed on a thin transparent intermediate layer (for example of 0 , 1 to 0.5 mm), itself being bonded to the substrate 41 of transparent material or held in place by electrostatic effect for example. At high frequencies, electromagnetic currents circulate mainly in the "skin" of the conductive material, i.e. within a small thickness near the surface of the conductive material.

Si l'oxyde d'indium dopé à l'étain ITO est transparent et incolore pour des épaisseurs très minces, pour des couches plus épaisses il vire à une coloration jaunâtre à gris. De sorte qu'un compromis doit être fait entre la conductivité et la transparence, puisque l'augmentation de l'épaisseur du film d'oxyde conducteur et l'augmentation de la concentration en porteurs de charge permet augmenter la conductivité du matériau mais en diminue corrélativement sa transparence. Pour des fréquences allant de 1 à 10 GHz, les épaisseurs de « peau » pour les conducteurs de cuivre ou d'or sont comprises entre moins d'un micromètre et quelques micromètres. A titre d'exemple, l'épaisseur de « peau » pour une surface cuivrée est de 0,65 µm à 10 GHz et 2,1 µm à 1 GHz.If ITO tin-doped indium oxide is transparent and colorless for very thin thicknesses, for thicker layers it turns yellowish to gray in color. So that a compromise must be made between the conductivity and the transparency, since the increase in the thickness of the conductive oxide film and the increase in the concentration of charge carriers makes it possible to increase the conductivity of the material but decreases it. correlatively its transparency. For frequencies ranging from 1 to 10 GHz, the "skin" thicknesses for copper or gold conductors range from less than a micrometer to a few micrometers. By way of example, the "skin" thickness for a coppered surface is 0.65 μm at 10 GHz and 2.1 μm at 1 GHz.

Cependant la performance du système d'antennes dépend aussi de la conductivité de ses différents composants, en raison de la présence de pertes et de l'influence de l'efficacité du blindage sur le diagramme d'antenne par exemple ; il est donc nécessaire d'accroître la conductivité (inverse de la résistivité). Par rapport au cuivre (résistivité du cuivre environ 1,68X10-8 Ω•m) ou à l'or (résistivité de l'or environ 2,44X10-8 Ω•m), l'oxyde d'indium dopé à l'étain ITO possède une résistivité d'environ 10-4 Ω•cm qui leur est bien supérieure.However, the performance of the antenna system also depends on the conductivity of its various components, due to the presence of losses and the influence of the shielding efficiency on the antenna pattern, for example; it is therefore necessary to increase the conductivity (inverse of the resistivity). Compared to copper (resistivity of copper about 1.68 × 10 -8 Ω · m) or gold (gold resistivity about 2.44 × 10 -8 Ω · m), indium oxide doped with Tin ITO has a resistivity of about 10 -4 Ω • cm which is much higher.

L'augmentation de l'épaisseur du film d'oxyde d'indium dopé à l'étain ITO, de manière à avoir une épaisseur supérieure à la profondeur de « peau », est une première voie d'amélioration. Mais cette solution seule va rapidement conduire à une perte de transparence tout en ayant un effet limité sur la conductivité.Increasing the thickness of tin-doped indium oxide film so as to have a thickness greater than the "skin" depth is a first avenue of improvement. But this solution alone will quickly lead to a loss of transparency while having a limited effect on conductivity.

Une autre voie d'amélioration est de remplacer les surfaces conductrices en film conducteurs optiquement transparent, par exemple un film d'oxyde d'indium dopé à l'étain ITO, par une toile maillée, ou treillis, réalisée au moyen de fils conducteurs métalliques, tel que des fils de cuivre ou d'autres métaux bons conducteurs (aluminium, argent, or),ou de pistes conductrices imprimées sur un substrat optiquement transparent. Si le pas de la toile (surface de la maille) est suffisamment faible au regard de la fréquence de fonctionnement de l'antenne (typiquement inférieure à λ/10 où λ est la longueur d'onde) et si les fils conducteurs sont suffisamment épais (typiquement de 10-4 mm à 1 mm), un très bon effet de blindage peut être obtenu. Néanmoins, pour les zones à forte densité de courant, une telle toile pourrait être insuffisante vis-à-vis des pertes.Another way of improvement is to replace the conductive surfaces in optically transparent conductive films, for example an indium oxide film doped with tin ITO, with a mesh, or mesh, made by means of metal conductive wires. , such as copper or other good conductor wires (aluminum, silver, gold), or conductive traces printed on an optically transparent substrate. If the pitch of the fabric (surface of the mesh) is sufficiently small compared to the operating frequency of the antenna (typically less than λ / 10 where λ is the wavelength) and if the conducting wires are sufficiently thick (typically 10 -4 mm to 1 mm), a very good shielding effect can be obtained. Nevertheless, for areas with a high current density, such a fabric could be insufficient with respect to losses.

Une toile 42, ou treillis, composée de mailles en fils conducteurs peut alors être déposée sur le film conducteur 40optiquement transparent. On entend par « toile » un ensemble de fils verticaux et horizontaux formant des mailles approximativement parallélépipédiques, et on entend par « treillis » un ensemble de fils verticaux, horizontaux et diagonaux qui forment des mailles approximativement triangulaires. Dans toute la présente description le mot « toile » signifie aussi bien une toile qu'un treillis.A fabric 42, or lattice, made of conductive wire mesh can then be deposited on the optically transparent conductive film 40 . The term "fabric" means a set of vertical and horizontal son forming approximately parallelepiped mesh, and "lattice" means a set of vertical son, horizontal and diagonal which form meshes approximately triangular. Throughout the present description the word "canvas" means both a canvas and a lattice.

La présence d'une toile ou treillis améliore aussi fortement le comportement mécanique global du système d'antennes vis-à-vis des agressions extérieures, telles que les vibrations et les chocs par exemple. Il est à noter qu'une toile maillée en fils conducteurs peut être ajoutée au film conducteur optiquement transparent seulement dans les zones de plus fortes densité de courant par exemple.The presence of a fabric or mesh also greatly improves the overall mechanical behavior of the antenna system vis-à-vis external aggression, such as vibration and shock for example. It should be noted that a wire mesh Conductors can be added to the optically transparent conductive film only in areas of higher current density for example.

Les figures 5a et 5b illustrent plusieurs exemples de surfaces conductrices constituées d'une toile à mailles en fils conducteurs. Les figures 5c et 5d illustre une vue détaillée d'une toile en fils conducteurs ou en pistes conductrice imprimée respectivement.The Figures 5a and 5b illustrate several examples of conductive surfaces made of a wire mesh fabric. The Figures 5c and 5d illustrates a detailed view of a web of conductive threads or conductive tracks printed respectively.

Sur la figure 5a est représentée un exemple de surface conductrice qui est une toile 50 constituée de fils conducteurs métalliques 51, en cuivre ou en or par exemple, de même épaisseur e formant des mailles 52 parallélépipédiques. Les mailles 52 ont une hauteur verticale h et une largeur horizontale l. Dans le mode de réalisation ici représenté ces dimensions h et l sont sensiblement égales, et la maille 52 est sensiblement carrée. Cependant on pourrait tout aussi bien avoir des mailles rectangulaires ou trapézoïdales par exemple. Le dimensionnement du maillage d'une surface conductrice est défini par le rapport entre son pas (surface d'une maille) et la dimension des fils conducteurs qui le composent. Plus ce rapport est élevé, plus le plan conducteur maillé sera difficile à discerner.On the figure 5a is shown an example of conductive surface which is a web 50 made of metal conductive son 51, copper or gold for example, the same thickness e forming parallelepipedal meshes 52 . Meshes 52 have a vertical height h and a horizontal width l. In the embodiment shown here these dimensions h and l are substantially equal, and the mesh 52 is substantially square. However one could equally well have rectangular or trapezoidal meshes for example. The dimensioning of the mesh of a conductive surface is defined by the ratio between its pitch (surface of a mesh) and the dimension of the conducting wires which compose it. The higher this ratio, the more difficult the meshed driver plane will be to discern.

Sur la figure 5b est représentée un autre exemple de surface conductrice qui est une toile maillée 54 constituée de fils conducteurs 55 métalliques, par exemple de cuivre, d'épaisseur E formant des mailles 56 de hauteur verticale H et de largeur horizontale L. Ces mailles 56 sont divisées en sous-mailles 57 de plus petite dimension. Les sous-mailles 57 sont constituées de fils conducteurs 58 d'épaisseur e moindre par exemple. Les sous-mailles 57 ont par exemple une hauteur verticale h et de largeur horizontale l. Dans le mode de réalisation ici représenté, les mailles 56 et les sous-mailles 57 sont sensiblement carrées. Une toile de ce type est de préférence utilisée dans les zones de fortes densités de courant.On the figure 5b is another example of a conductive surface which is a mesh fabric 54 made of metal conductors 55 , for example of copper, of thickness E forming meshes 56 of vertical height H and of horizontal width L. These meshes 56 are divided into sub-meshes 57 of smaller dimension. Sub-meshes 57 consist of conductive son 58 of e lesser thickness for example. Sub-meshes 57 have for example a vertical height h and horizontal width l . In the embodiment shown here, the meshes 56 and the sub-meshes 57 are substantially square. A fabric of this type is preferably used in areas of high current densities.

Les fils conducteurs peuvent avoir une section de forme géométrique différente, notamment circulaire ou parallélépipédique. Dans le cas d'un fil conducteur à section parallélépipédique comme illustré sur la figure 5c, on entend par épaisseur e la dimension du fil conducteur 58 dans le plan de la toile 54. L'épaisseur e du fil conducteur 58 peut être égale ou différente de sa dimension d dans la direction perpendiculaire au plan de la toile 54. De même on entend par épaisseur E la dimension du fil conducteur 55 dans le plan de la toile 54. L'épaisseur E du fil conducteur 55 peut être égale ou différente de sa dimension D dans la direction perpendiculaire au plan de la toile 54. Dans cette description, on utilise le terme « dimension » pour désigner aussi bien l'épaisseur e, E du fil conducteur dans le plan de la toile, la dimension d, D du fil conducteur dans la direction perpendiculaire au plan de la toile, ou le diamètre d'un fil conducteur à section circulaire.The conductive son may have a section of different geometric shape, including circular or parallelepiped. In the case of a parallelepiped-shaped conductor wire as shown in FIG. figure 5c by thickness e is the dimension of the conductive wire 58 in the plane of the wire 54. The thickness e of the conductive wire 58 may be equal to or different from its dimension d in the direction perpendicular to the plane of the wire 54. thickness E means the dimension of the conducting wire 55 in the plane of the wire 54. The thickness E of the conducting wire 55 may it is equal to or different from its dimension D in the direction perpendicular to the plane of the fabric 54. In this description, the term "dimension" is used to designate both the thickness e, E of the conductive wire in the plane of the fabric, the dimension d, D of the conductive wire in the direction perpendicular to the plane of the fabric, or the diameter of a conductive wire of circular section.

Dans le cas d'une toile faite de pistes conductrices 60 imprimées sur un substrat 61, comme illustré sur la figure 5d, le dépôt est par exemple fait par des techniques de lithogravure, de sérigraphie, d'héliogravure etc... A titre d'exemple, pour un dépôt d'une piste conductrice 60 en argent réalisé par lithographie, on utilise une encre avec laquelle des pistes conductrices 60 obtenues sont plus ou moins larges e' selon la taille des fentes ménagées dans le masque. On peut aussi faire varier l'épaisseur d' de certaines de ces pistes conductrices 60 en renouvelant l'opération d'encrage sur les pistes voulues, autant de fois que nécessaire, jusqu'à obtenir l'épaisseur voulue.In the case of a fabric made of conductive tracks 60 printed on a substrate 61, as shown in FIG. figure 5d , the deposit is for example made by lithography techniques, screen printing, gravure etc ... For example, for a deposit of a conductive track 60 silver made by lithography, using an ink with which conductive tracks 60 obtained are more or less wide e 'according to the size of the slots in the mask. One can also vary the thickness of some of these conductor tracks 60 by renewing the inking operation on the desired tracks as many times as necessary until the desired thickness.

On a modélisé la densité de courant sur les surfaces conductrices du système d'antennes en utilisant un logiciel de simulation électromagnétique en 3D (par exemple le logiciel « HFSS » de la société ANSYS). Avantageusement au moins une partie des fils ont une épaisseur e, E ou une dimension perpendiculaire d, D plus grande dans les zones de densité de courant élevée, alternativement la largeur l, L et/ou la hauteur h, H d'au moins une partie des mailles est réduite dans les zones de densité de courant élevée.The current density on the conductive surfaces of the antenna system has been modeled using 3D electromagnetic simulation software (for example the "HFSS" software from ANSYS). Advantageously, at least a portion of the wires have a thickness e, E or a greater perpendicular dimension d, D in the zones of high current density, alternatively the width l, L and / or the height h, H of at least one Part of the mesh is reduced in areas of high current density.

Compte tenu de leur faible dimension par rapport à l'ensemble du système d'antennes, on peut même envisager l'utilisation d'un métal massif, comme le cuivre ou l'or pour des surfaces conductrices de très petite dimension, typiquement de moins de 0,5 mm de largeur, comme une ligne microruban ou triplaque. Pour des surfaces conductrices de moyenne dimension, comme les éléments rayonnants par exemple, il est avantageux d'utiliser un maillage de la toile non-homogène, i.e. une toile dont le pas de maille et/ou la dimension des fils conducteurs varient selon les zones en fonction de la densité de courant. En outre la conductivité globale des surfaces conductrices peut être renforcée en disposant la toile directement contre la surface de l'oxyde conducteur transparent. Cet effet peut être notamment obtenu en superposant plusieurs surfaces conductrices minces.Given their small size relative to the entire antenna system, it is even possible to envisage the use of a solid metal, such as copper or gold, for conductive surfaces of very small size, typically less than 0.5 mm wide, like a microstrip or triplate line. For conductive surfaces of medium size, such as radiating elements, for example, it is advantageous to use a mesh of the non-homogeneous fabric, ie a fabric whose mesh pitch and / or the size of the conductive wires vary according to the zones depending on the current density. In addition, the overall conductivity of the conductive surfaces can be enhanced by arranging the fabric directly against the surface of the transparent conductive oxide. This effect can be obtained in particular by superimposing several thin conductive surfaces.

On considérera maintenant la figure 6 et les figures 7a et 7b qui illustrent un deuxième mode de réalisation d'un système d'antennes 100 en réseau phasé, à polarisation croisée (+45° et -45°) et inclinaison électrique variable VET, qui comporte une première antenne panneau unitaire 101A et une deuxième antenne panneau unitaire 101B. Il s'agit ici en particulier d'antennes unitaires 101A, 101B dites « antennes panneau » ("Panel Antenna" en anglais). Chaque antenne unitaire 101A et 101B comporte respectivement un réseau de lignes d'alimentation 102A et 102B relié à un port 103A et 103B de transmission / réception TX / RX. Les antennes unitaires 101A, 101B sont regroupés afin de réduire la surface qu'elles occupent sur le réflecteur 104 commun.We will now consider the figure 6 and the Figures 7a and 7b which illustrate a second embodiment of a system 100 of phased array antennas in cross-polarization (+ 45 ° and -45 °) and variable electrical tilt VET, which comprises a first antenna unit 101A panel and a second panel antenna unitary 101B. This is in particular unitary antennas 101A, 101B called "panel antennas"("PanelAntenna" in English). Each unit antenna 101A and 101B respectively comprises a network of supply lines 102A and 102B connected to a TX / RX transmission / reception port 103A and 103B . The unitary antennas 101A, 101B are grouped to reduce the area they occupy on the common reflector 104 .

Un élément rayonnant 105, commun aux deux antennes unitaires 101A et 101B, est formé d'un premier dipôle 106A demi-onde appartenant à l'antenne unitaire 101A et d'un deuxième dipôle 106B demi-onde appartenant à l'antenne unitaire 101B. Les deux dipôles 106A et 106B sont croisés à polarisation orthogonale, obtenu par duplication d'un même dipôle par une rotation de 90°. Les éléments rayonnants 105 alignés sont séparés par des cloisons transversales 107 qui améliorent l'isolation entre les éléments rayonnants et encadrés par des cloisons longitudinales 108. Ces cloisons 107, 108 contribuent à la formation du diagramme global du système d'antennes. Des rebords latéraux 109 permettent de loger les réseaux d'alimentation des éléments rayonnants et/ou les dispositifs électroniques de pilotage de l'inclinaison électrique variable du système d'antennes et aussi d'assurer la rigidité mécanique du système d'antennes 100 si nécessaire. Dans ce dernier cas, ils sont de préférence formés par des portions métalliques massives.A radiating element 105, common to the two unitary antennas 101A and 101B, is formed of a first half-wave dipole 106A belonging to the unit antenna 101A and a second half-wave dipole 106B belonging to the unit antenna 101B. The two dipoles 106A and 106B are crossed with orthogonal polarization, obtained by duplication of the same dipole by a rotation of 90 °. The aligned radiating elements 105 are separated by transverse partitions 107 which improve the insulation between the radiating elements and framed by longitudinal partitions 108. These partitions 107, 108 contribute to the formation of the overall diagram of the antenna system. Side flanges 109 make it possible to house the supply networks of the radiating elements and / or the electronic devices for controlling the variable electrical inclination of the antenna system and also to ensure the mechanical rigidity of the antenna system 100 if necessary. . In the latter case, they are preferably formed by massive metal portions.

Comme illustré en détail sur la figure 8, les dipôles 106A, 106B sont imprimés respectivement sur les deux plans orthogonaux d'un substrat 110. Le substrat 110 est constitué d'un matériau à constante diélectrique élevée εr (1 < εr < 5), comme par exemple le polycarbonate PC, le polyéthylène téréphtalate PET ou en tout autre matériau optiquement transparent.As illustrated in detail on the figure 8 the dipoles 106A, 106B are printed respectively on the two orthogonal planes of a substrate 110. The substrate 110 is made of a high dielectric constant material εr (1 <εr <5), such as, for example, PC polycarbonate, polyethylene terephthalate PET or any other optically transparent material.

Des éléments parasites 111 peuvent en outre être disposés au-dessus des dipôles, parallèlement au plan du réflecteur 104. On entend par élément parasite un élément conducteur, disposé au-dessus d'un dipôle, qui n'est pas alimenté, ni directement, ni indirectement par l'intermédiaire du dipôle ; il est aussi souvent désigné par le terme « directeur ». Les éléments parasites 111 sont utilisés pour former le diagramme d'antenne et pour l'adaptation d'impédance de l'élément rayonnant 105 par exemple. Ces éléments parasites 111 ont une surface conductrice réalisée de la manière précédemment décrite.Spurious elements 111 may also be disposed above the dipoles, parallel to the plane of the reflector 104. By parasitic element is meant a conductive element disposed above a dipole, which is not powered, nor directly or indirectly via the dipole; he is also often referred to as the "director". The parasitic elements 111 are used to form the antenna pattern and for the impedance matching of the radiating element 105 for example. These parasitic elements 111 have a conductive surface made in the manner previously described.

En outre, des zones conductrices 112, qui peuvent prendre la forme de fils ou de pièces de forme géométrique telle qu'un rectangle par exemple, peuvent être placées de préférence directement contre la surface interne de la face frontale 113 du système d'antennes 100. Ces zones conductrices 112 ont pour rôle d'améliorer le niveau d'isolation des cellules unitaires entre elles, c'est à dire des zones délimitées par les cloisons 107 et 108 et contenant un élément rayonnant 105. In addition, conductive areas 112, which may take the form of son or pieces of geometric shape such as a rectangle for example, may be preferably placed directly against the inner surface of the front face 113 of the antenna system 100 . These conductive regions 112 has a function to improve the isolation level of the unit cells with each other, i.e. the zones delimited by the partitions 107 and 108 and containing a radiating element 105.

Le système d'antennes 100 est destiné à être fixé sur un support 200, par exemple à l'aide de pattes de fixation 201 comme illustré sur les figures 9a et 9b, de telle sorte que son axe X-X' fasse un angle qui se trouve le plus proche possible de 90° par rapport à la direction la plus probable de vision V d'un observateur. La face arrière de l'antenne portant la fonction de réflecteur 104 est appliquée contre le support 120, par exemple un mur vertical, faisant face à l'observateur. Constituées d'un substrat optiquement transparent revêtu d'une ou plusieurs surface conductrices choisies par exemple parmi un film conducteur optiquement transparent et une toile maillée de fils conducteurs, la face arrière servant de réflecteur 104 et la face avant 113 du système d'antennes 100 sont peu visibles et se confondent avec le support 120. Seuls les rebords latéraux 109 sont ici visibles mais leur présence est discrète. A titre d'exemple les dimensions du système d'antennes sont une hauteur d'environ 500 mm, une largeur d'environ 400 mm et une épaisseur d'environ 60 mm.The antenna system 100 is intended to be fixed on a support 200, for example by means of fastening tabs 201 as illustrated in FIGS. Figures 9a and 9b so that its X-X ' axis makes an angle as close as possible to 90 ° with respect to the most likely viewing direction V of an observer. The rear face of the antenna carrying the reflector function 104 is applied against the support 120, for example a vertical wall, facing the observer. Consisting of an optically transparent substrate coated with one or more conductive surfaces chosen for example from an optically transparent conductive film and a wire mesh of conducting wires, the rear face serving as a reflector 104 and the front face 113 of the antenna system 100 are not visible and are confused with the support 120. Only the side edges 109 are visible here, but their presence is discreet. By way of example, the dimensions of the antenna system are a height of about 500 mm, a width of about 400 mm and a thickness of about 60 mm.

L'axe Y-Y' des éléments rayonnants 105 est alors plus ou moins parallèle à cette direction de vision V de telle sorte que l'observateur ne voit que la tranche du substrat 110 transparent portant les surfaces conductrices des dipôles 106A, 106B de l'élément rayonnant 105. Ainsi seule l'épaisseur du film conducteuroptiquement trtansparent et/ou de la toile maillée est visible ce qui conduit à un impact visuel global très réduit.The Y-Y ' axis of the radiating elements 105 is then more or less parallel to this direction of vision V so that the observer sees only the edge of the transparent substrate 110 carrying the conductive surfaces of the element's dipoles 106A, 106B radiating 105. Thus only the film thickness conducteuroptiquement trtansparent and / or the mesh fabric is visible which leads to an overall visual impact very reduced.

Puisque la conception du système d'antennes est simplifiée, qu'il comporte moins de pièces et que la quantité de matériau nécessaire est réduite, le poids et le coût globaux d'un tel système d'antennes sont réduits. L'utilisation d'éléments rayonnants volumique, de type dipôle ou équivalent, permet d'accéder aisément à des systèmes d'antennes fonctionnant dans des bandes de fréquence de très grande largeur, comme par exemple des systèmes d'antennes ultra-large bande 1,7-2,7 GHz.Since the design of the antenna system is simplified, it has fewer parts and the amount of material needed is reduced, weight and cost The overall values of such an antenna system are reduced. The use of voluminal radiators, dipole type or equivalent, allows easy access to antenna systems operating in very wide frequency bands, such as ultra-wideband antenna systems 1 , 7-2.7 GHz.

Les figures 10a et 10b illustrent le rapport d'onde stationnaire d'un système d'antennes, obtenu par adaptation en impédance des ports de connexion.The Figures 10a and 10b illustrate the standing wave ratio of an antenna system, obtained by impedance matching of the connection ports.

La figure 10a montre le rapport d'onde stationnaire VSWR (pour «Voltage Standing Wave Ratio » en anglais) donné en ordonnée en fonction de la fréquence F en GHz donnée en abscisse. Le rapport d'onde stationnaire est représenté ici par la courbe 200 pour le port à +45° et par la courbe 201 pour le port à -45°. On constate que des valeurs du rapport d'onde stationnaire VSWR inférieures à 2 sont facilement obtenues dans la bande de fréquence comprise entre 1,7 GHz et 2,7 GHz. Ce qui démontre la capacité du système d'antennes à fonctionner de manière satisfaisante dans un très large domaine de fréquences.The figure 10a shows the standing wave ratio VSWR (for "Voltage Standing Wave Ratio" in English) given in ordinate according to the frequency F in GHz given in abscissa. The stationary wave ratio is represented here by the curve 200 for the port at + 45 ° and by the curve 201 for the port at -45 °. It is found that values of the VSWR stationary wave ratio of less than 2 are easily obtained in the frequency band between 1.7 GHz and 2.7 GHz. This demonstrates the ability of the antenna system to operate satisfactorily in a very wide range of frequencies.

La figure 10b montre le résultat de l'adaptation en impédance reportée sur un abaque de Smith (par rapport à une impédance caractéristique de 50 Ohms), respectivement représenté par les courbes 202 et 203 pour les deux polarisations à +45° et -45°. On rappelle que l'abaque de Smith permet de trouver l'impédance à l'extrémité d'une ligne de transmission de longueur donnée, chargée à l'autre extrémité par une impédance quelconque donnée.The figure 10b shows the result of the impedance matching carried on a Smith chart (with respect to a characteristic impedance of 50 Ohms), respectively represented by the curves 202 and 203 for the two polarizations at + 45 ° and -45 °. It is recalled that the Smith chart allows to find the impedance at the end of a transmission line of given length, loaded at the other end by any given impedance.

La figure 11 illustre l'ouverture à -3 dB du diagramme de rayonnement du système d'antennes dans le plan horizontal (ports à +45° et -45°), l'ouverture HBW (pour « Horizontal BeamWidth » en anglais) en degrés est donnée en ordonnée en fonction de la fréquence F en GHz donnée en abscisse. On observe un résultat satisfaisant compris entre 50° et 75°, représenté par la courbe 210 pour le port à +45° et par la courbe 211 pour le port à -45°, ceci malgré les contraintes dont doit tenir compte la construction d'un tel système d'antennes qui présente la transparence optique souhaitée et une largeur extrême de la bande de fréquence de 1 GHz, centrée autour de 2,2 GHz.The figure 11 illustrates the -3 dB aperture of the radiation pattern of the antenna system in the horizontal plane (ports at + 45 ° and -45 °), the opening HBW (for "Horizontal BeamWidth" in English) in degrees is given in ordinate according to the frequency F in GHz given on the abscissa. A satisfactory result of between 50 ° and 75 °, represented by the curve 210 for the port at + 45 ° and by the curve 211 for the port at -45 °, is observed, despite the constraints which the construction of such an antenna system which has the desired optical transparency and an extreme width of the 1 GHz frequency band, centered around 2.2 GHz.

La figure 12 illustre le rapport d'énergie entre une polarisation croisée et sa copolarisation dans le plan horizontal (ports à +45° et -45°) et dans l'axe du système d'antennes. Le rapport d'énergie XP en dB est donné en ordonnée en fonction de la fréquence F en GHz donnée en abscisse. On observe que le rapport d'énergie XP, représenté par la courbe 220 pour le port à +45° et par la courbe 221 pour le port à -45°, reste en dessous de 20 dB dans la bande de fréquence comprise entre 1,7 GHz et 2,7 GHz, ce qui est un très bon résultat.The figure 12 illustrates the energy ratio between a cross polarization and its co-polarization in the horizontal plane (ports at + 45 ° and -45 °) and in the axis of the antenna system. The energy ratio XP in dB is given in ordinate according to the frequency F in GHz given in abscissa. It is observed that the energy ratio XP, represented by curve 220 for the port at + 45 ° and curve 221 for the port at -45 °, remains below 20 dB in the frequency band between 1, 7 GHz and 2.7 GHz, which is a very good result.

Sur les figures 13a et 13b, on a illustré le diagramme de rayonnement du système d'antennes dans le plan horizontal selon les deux composantes de la polarisation croisée respectivement (ports à +45° et -45°) pour un angle d'inclinaison de zéro degré, l'intensité du rayonnement l en dB est donné en ordonnée et en abscisse l'angle de réflexion θ en degrés.On the Figures 13a and 13b the radiation diagram of the antenna system in the horizontal plane is illustrated according to the two components of the cross polarization respectively (ports at + 45 ° and -45 °) for a tilt angle of zero degrees, the intensity radiation in dB is given on the ordinate and on the abscissa the angle of reflection θ in degrees.

Sur les figures 14a et 14b, on a illustré le diagramme de rayonnement du système d'antennes dans le plan vertical selon les deux composantes de la polarisation croisée respectivement (ports à +45° et -45°) pour un angle d'inclinaison de zéro degré, l'intensité du rayonnement l en dB est donné en ordonnée et en abscisse l'angle de réflexion θ en degrés. Il faut cependant noter que le diagramme de rayonnement dans le plan vertical ne serait pas aussi regroupé dans le cas d'un système d'antennes de plus grande longueur comportant un nombre plus élevé d'éléments rayonnants.On the Figures 14a and 14b the radiation diagram of the antenna system in the vertical plane is illustrated according to the two components of the cross polarization respectively (ports at + 45 ° and -45 °) for a tilt angle of zero degrees, the intensity radiation in dB is given on the ordinate and on the abscissa the angle of reflection θ in degrees. It should be noted, however, that the radiation pattern in the vertical plane would not be as grouped in the case of a longer antenna system with a higher number of radiating elements.

La figure 15 montre le gain total du système d'antennes pour une inclinaison (tilt) de 0°, le gain G en dB donné en ordonnée en fonction de la fréquence F en GHz donnée en abscisse.The figure 15 shows the total gain of the antenna system for a tilt of 0 °, the gain G in dB given in ordinate according to the frequency F in GHz given in abscissa.

Ainsi ces résultats démontrent donc que le système d'antennes optiquement quasi-transparent décrit précédemment peut avantageusement remplacer les systèmes d'antennes connus non-transparents sans diminuer leurs performances radiofréquences.Thus these results thus demonstrate that the optically quasi-transparent antenna system described above can advantageously replace the known non-transparent antenna systems without decreasing their radiofrequency performance.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. Bien qu'un système d'antennes à inclinaison électrique variable VET, à double polarisation inclinée de +45°/-45° et large bande soit décrit, l'homme de l'art comprendra que la solution précédemment décrite est tout aussi bien applicable à d'autres dispositifs, par exemple tels que des systèmes d'antennes comportant des antennes panneaux unitaires en configuration « côte à côte », des systèmes d'antennes duplexés, etc...Of course, the present invention is not limited to the described embodiments, but it is capable of many variants accessible to those skilled in the art without departing from the spirit of the invention. Although a VET variable tilt antenna system with dual polarization inclined + 45 ° / -45 ° and wide As described above, those skilled in the art will understand that the previously described solution is equally applicable to other devices, for example such as antenna systems having unitary panel antennas in "side-by-side" configuration. duplex antenna systems, etc.

Claims (16)

Système d'antennes optiquement transparent comportant au moins une antenne unitaire comprenant au moins un élément rayonnant formé d'au moins un dipôle porté par un pied placé sur un réflecteur, l'élément rayonnant étant entouré de cloisons longitudinales et transversales et relié à une ligne d'alimentation, dans lequel le dipôle, le réflecteur, les cloisons et la ligne d'alimentation sont constitués d'un substrat optiquement transparent recouvert d'au moins une surface conductrice optiquement transparente, la surface conductrice étant choisie parmi un film conducteur optiquement transparent, une toile maillée conductrice, et une association d'un film conducteur optiquement transparent et d'une toile maillée conductrice.An optically transparent antenna system comprising at least one unitary antenna comprising at least one radiating element formed by at least one dipole carried by a foot placed on a reflector, the radiating element being surrounded by longitudinal and transverse partitions and connected to a line in which the dipole, the reflector, the partitions and the supply line consist of an optically transparent substrate covered with at least one optically transparent conductive surface, the conductive surface being selected from an optically transparent conductive film , a conductive mesh, and a combination of an optically transparent conductive film and a conductive mesh. Système d'antennes selon la revendication 1, dans lequel la toile maillée est formée d'un ensemble de fils conducteurs verticaux et horizontaux formant des mailles approximativement parallélépipédiques, ou d'un ensemble de fils conducteurs verticaux, horizontaux et diagonaux formant des mailles approximativement triangulaires.Antenna system according to claim 1, wherein the mesh is formed of a set of vertical and horizontal conductive wires forming approximately parallelepipedic meshes, or a set of vertical, horizontal and diagonal conductor wires forming approximately triangular meshes . Système d'antennes selon la revendication 1, dans lequel la toile maillée est formée d'un ensemble de pistes conductrices imprimées sur un substrat optiquement transparent.Antenna system according to claim 1, wherein the mesh is formed of a set of conductive traces printed on an optically transparent substrate. Système d'antennes selon l'une des revendications1 à 3, dans lequel les dimensions des fils conducteur ou des pistes conductrices varient selon les zones en fonction de la densité de courant dans ces zones.Antenna system according to one of claims 1 to 3, wherein the dimensions of the conductive wires or conductive tracks vary according to the zones as a function of the current density in these zones. Système d'antennes selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le pas de la maille de la toile maillée varie selon les zones en fonction de la densité de courant dans ces zones.Antenna system according to one of the preceding claims, wherein the pitch of the mesh of the mesh varies according to the zones as a function of the current density in these zones. Système d'antennes selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la ligne d'alimentation est disposée sur la face du substrat opposée au dipôle.Antenna system according to one of the preceding claims, wherein the feed line is disposed on the opposite side of the substrate to the dipole. Système d'antennes selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dipôle, le réflecteur, les cloisons et la ligne d'alimentation sont constitués d'un substrat optiquement transparent recouvert d'un film conducteur optiquement transparent, le film conducteur étant recouvert d'une toile maillée conductrice.Antenna system according to one of the preceding claims, in which the dipole, the reflector, the partitions and the feed line consist of a an optically transparent substrate covered with an optically transparent conductive film, the conductive film being covered with a conductive mesh. Système d'antennes selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le film conducteur optiquement transparent est un film d'un oxyde conducteur optiquement transparent choisi parmi l'indium dopé à l'étain, l'étain dopé à l'argent, le zinc dopé à l'aluminium, l'oxyde de zinc dopé à l'indium et l'oxyde de zinc dopé au gallium.Antenna system according to one of claims 1 to 7, wherein the optically transparent conductive film is a film of an optically transparent conductive oxide selected from tin-doped indium, silver-doped tin , aluminum-doped zinc, indium-doped zinc oxide and gallium-doped zinc oxide. Système d'antennes selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le film conducteur optiquement transparent est un film de polymère conducteur optiquement transparent contenant une polyaniline ou du poly(3,4-éthylènedioxythiophène).Antenna system according to one of claims 1 to 7, wherein the optically transparent conductive film is an optically transparent conductive polymer film containing polyaniline or poly (3,4-ethylenedioxythiophene). Système d'antennes selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le film conducteur optiquement transparent est un film d'un nanomatériel conducteur optiquement transparent choisi parmi un fullérène, un graphène, un nanotube de carbone et un nanométal.Antenna system according to one of claims 1 to 7, wherein the optically transparent conductive film is a film of an optically transparent conductive nanomaterial selected from fullerene, graphene, carbon nanotube and nanometal. Système d'antennes selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le film conducteur optiquement transparent est déposé sur le substrat par un procédé mécanique, physique ou chimique.Antenna system according to one of the preceding claims, wherein the optically transparent conductive film is deposited on the substrate by a mechanical, physical or chemical process. Système d'antennes selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les fils conducteurs sont constitués d'un métal choisi parmi le cuivre, l'aluminium, l'argent et l'or.Antenna system according to one of the preceding claims, wherein the conductive wires are made of a metal selected from copper, aluminum, silver and gold. Système d'antennes selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le substrat optiquement transparent est choisi parmi un verre, un polymère acrylique, du polyéthylène téréphtalate PET, du polycarbonate PC, un matériau composite à base de fibres de verre liées par une résine polyester.Antenna system according to one of the preceding claims, wherein the optically transparent substrate is selected from glass, acrylic polymer, polyethylene terephthalate PET, polycarbonate PC, resin-bonded glass fiber composite material polyester. Système d'antennes selon l'une des revendications précédentes, comprenant deux antennes unitaires dont les éléments rayonnants sont alignés selon des rangées parallèles séparées par une cloison longitudinale.Antenna system according to one of the preceding claims, comprising two unitary antennas whose radiating elements are aligned in parallel rows separated by a longitudinal partition. Système d'antennes selon l'une des revendications 1 à 14, comprenant deux antennes unitaires dont les éléments rayonnants sont formés d'un premier dipôle appartenant à la première antenne unitaire et d'un deuxième dipôle appartenant à la deuxième antenne unitaire, les deux dipôles étant croisés à polarisation orthogonale.Antenna system according to one of claims 1 to 14, comprising two unitary antennas whose radiating elements are formed of a first dipole belonging to the first unitary antenna and a second dipole belonging to the second unitary antenna, both dipoles being crossed with orthogonal polarization. Système d'antennes selon l'une des revendications14 et 15, comprenant au moins deux antennes unitaires, chacune opérant dans une bande de fréquence différente.Antenna system according to one of claims 14 and 15, comprising at least two unitary antennas, each operating in a different frequency band.
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