FR2713020A1 - Dipole type radiating element made of printed technology, matching adjustment method and corresponding network. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un élément rayonnant du type dipôle constitué de: - une plaque de substrat (1); - une ligne d'alimentation (2) située sur la face inférieure de ladite plaque de substrat (1); - un dépôt métallique (3) situé sur la face supérieure de ladite plaque de substrat (1) et sensiblement en forme en T: la barre horizontale dudit T étant constituée de deux brins latéraux (5, 6) séparés par une fente de couplage (7), et la barre verticale (11) dudit T constituant un plan de masse pour ladite ligne d'alimentation (2), lesdits brins latéraux (5, 6) constituant la partie rayonnante dudit élément rayonnant; ladite ligne d'alimentation (2) présentant une première portion d'extrémité (9) s'étendant selon un axe interceptant l'axe de ladite fente de couplage (7) et dépassant dudit axe de la fente de couplage d'une première longueur variable (11), et ladite fente (7) présentant une seconde portion d'extrémité (10) dépassant de l'axe de ladite première portion d'extrémité (9) de la ligne d'alimentation d'une seconde longueur variable (12).The invention relates to a radiating element of the dipole type consisting of: - a substrate plate (1); - a supply line (2) located on the underside of said substrate plate (1); - a metal deposit (3) located on the upper face of said substrate plate (1) and substantially T-shaped: the horizontal bar of said T consisting of two lateral strands (5, 6) separated by a coupling slot ( 7), and the vertical bar (11) of said T constituting a ground plane for said supply line (2), said lateral strands (5, 6) constituting the radiating part of said radiating element; said feed line (2) having a first end portion (9) extending along an axis intercepting the axis of said coupling slot (7) and projecting from said axis of the coupling slot by a first length variable (11), and said slot (7) having a second end portion (10) projecting from the axis of said first end portion (9) of the feed line of a second variable length (12). ).
Description
Elément rayonnant du type dipôle réalisé en technologie imprimée,Radiating element of the dipole type produced in printed technology,
procédé d'ajustement de l'adaptation et réseau correspondants. adaptation adjustment method and corresponding network.
Le domaine de l'invention est celui des antennes de télécommunication jusqu'à The field of the invention is that of telecommunication antennas up to
des fréquences de l'ordre du gigahertz. frequencies of the order of the gigahertz.
Plus précisément, l'invention concerne un élément rayonnant du type dipôle. En effet, il est encore fréquent, dans les télécommunications hautes fréquences, d'utiliser un tel élément rayonnant du type dipôle en tant qu'antenne émettrice ou réceptrice omnidirectionnelle. L'invention a de nombreuses applications, telles que par exemple les relevés de champs, du type mesure de diagrammes d'antennes ou encore mesure de compatibilité électromagnétique. Les éléments rayonnants du type dipôle connus de l'état de la technique sont généralement constitués d'éléments de lignes bifilaires, c'est-à-dire de tiges cylindriques More specifically, the invention relates to a radiating element of the dipole type. Indeed, it is still common in high frequency telecommunications to use such a dipole type radiating element as an omnidirectional transmitter or receiver antenna. The invention has many applications, such as, for example, field readings, the type of measurement of antenna patterns or electromagnetic compatibility measurement. The dipole-type radiating elements known from the state of the art generally consist of elements of two-wire lines, that is to say of cylindrical rods
conductrices, alimentés par une ligne d'alimentation. conductive, powered by a power line.
Ces éléments rayonnants connus constitués de tiges conductrices présentent des performances relativement large-bande, ce qui les rend utilisables dans de nombreuses applications. These known radiating elements made of conductive rods have relatively wide-band performance, which makes them usable in many applications.
Toutefois, plusieurs inconvénients sont liés à leur utilisation. However, several disadvantages are related to their use.
En effet, les lignes d'alimentation (par exemple les lignes coaxiales) sont Indeed, the supply lines (for example the coaxial lines) are
généralement dissymétriques, alors que les éléments rayonnants sont eux symétriques. generally asymmetrical, while the radiating elements are symmetrical.
Par conséquent, afin que le rayonnement de ces éléments rayonnants soit acceptable, il convient d'utiliser un symétriseur. Un symétriseur se représente traditionnelllement comme un transformateur qui fait intervenir des impédances localisées ou distribuées, et permet, lorsqu'il est placé entre un élément rayonnant symétrique et une ligne d'alimentation dissymétrique, de rendre les courants symétriques sur la structure rayonnante. Un tel symétriseur présente l'inconvénient majeur de nécessiter une mise au Therefore, in order for the radiation of these radiating elements to be acceptable, a balun should be used. A balun is traditionally represented as a transformer that involves localized or distributed impedances, and allows, when placed between a symmetrical radiating element and an asymmetrical feed line, to make the symmetrical currents on the radiating structure. Such a balun has the major disadvantage of requiring a setting to
point toujours délicate.always delicate point.
On connaît également des éléments rayonnants constitués de tiges cylindriques qui sont autosymétrisés, de façon à pouvoir être utilisés sans symétriseur. L'obtention, sur ces éléments rayonnants, d'une telle caractéristique d'autosymétrie ne peut toutefois être Radiating elements consisting of cylindrical rods which are self-symmetrical are also known, so that they can be used without a balun. Obtaining such a characteristic of self-symmetry on these radiating elements can not, however, be
obtenue qu'au détriment d'une complexité accrue de leur structure. achieved only at the expense of increased complexity of their structure.
Un autre inconvénient de ces éléments rayonnants connus du type dipôle à tiges Another disadvantage of these known radiating elements of the rod-type dipole
cylindriques est lié à leur adaptation à la ligne d'alimentation à laquelle ils sont reliés. cylindrical is related to their adaptation to the power line to which they are connected.
En effet, sans une telle adaptation, l'énergie émise par un générateur et transmise à un élément rayonnant par une ligne d'alimentation n'est pas rayonnée par l'élément Indeed, without such an adaptation, the energy emitted by a generator and transmitted to a radiating element by a supply line is not radiated by the element
rayonnant mais renvoyée sur le générateur. radiating but returned to the generator.
Généralement, cette adaptation est réalisée grâce à l'utilisation de deux tronçons supplémentaires (ou stubs) placés l'un en série et l'autre en parallèle. On parle alors d'adaptation double stub. Or, la détermination de la longueur de chaque stub (série ou parallèle) étant empirique, l'adaptation nécessite de nombreuses opérations de soudure/dessoudure. Enfin, d'une façon générale, ces éléments rayonnants connus du type dipôle à tiges cylindriques présentent un encombrement relativement important ainsi qu'un Generally, this adaptation is achieved through the use of two additional sections (or stubs) placed one in series and the other in parallel. This is called double stub adaptation. Since the determination of the length of each stub (series or parallel) is empirical, the adaptation requires numerous welding / desoldering operations. Finally, in general, these known radiating elements of the dipole type with cylindrical rods have a relatively large size and a
maniement mécanique parfois difficile. mechanical handling sometimes difficult.
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de The purpose of the invention is notably to overcome these various disadvantages of
l'état de la technique.the state of the art.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un élément rayonnant du type dipôle qui possède une large bande passante et des diagrammes omnidirectionnels More specifically, an object of the invention is to provide a dipole type radiating element which has a large bandwidth and omnidirectional diagrams
tout en présentant un faible encombrement et une mise en oeuvre mécanique très simple. while having a small footprint and a very simple mechanical implementation.
L'invention a également pour objectif de fournir un tel élément rayonnant du type The invention also aims to provide such a radiating element of the type
dipôle qui ne nécessite pas l'utilisation conjointe d'un symétriseur. dipole that does not require the joint use of a balun.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel élément rayonnant du type Another object of the invention is to provide such a radiating element of the type
dipôle qui soit facilement adaptable à la ligne d'alimentation à laquelle il est relié. dipole which is easily adaptable to the power line to which it is connected.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un élément rayonnant du type dipôle constitué de: - une plaque de substrat; - une ligne d'alimentation située sur la face inférieure de ladite plaque de substrat; - un dépôt métallique situé sur la face supérieure de ladite plaque de substrat et sensiblement en forme en T: la barre horizontale dudit T étant constituée de deux brins latéraux séparés par une fente de couplage, et la barre verticale dudit T constituant un plan de masse pour ladite ligne d'alimentation, lesdits brins latéraux constituant la partie rayonnante dudit élément rayonnant; ladite ligne d'alimentation présentant une première portion d'extrémité s'étendant selon un axe interceptant l'axe de ladite fente et dépassant dudit axe de la fente de couplage d'une première longueur variable, et ladite fente présentant une seconde portion d'extrémité dépassant de l'axe de ladite première portion d'extrémité de la ligne d'alimentation d'une seconde longueur These objectives, as well as others which will appear subsequently, are achieved according to the invention by means of a dipole type radiating element consisting of: a substrate plate; a feed line located on the underside of said substrate plate; a metal deposit located on the upper face of said substrate plate and substantially T-shaped: the horizontal bar of said T being constituted by two lateral strands separated by a coupling slot, and the vertical bar of said T constituting a ground plane for said feed line, said lateral strands constituting the radiating portion of said radiating element; said feed line having a first end portion extending along an axis intercepting the axis of said slot and protruding from said axis of the coupling slot by a first variable length, and said slot having a second portion of end protruding from the axis of said first end portion of the feed line by a second length
variable.variable.
L'élément rayonnant selon l'invention est donc réalisé en technologie imprimée, The radiating element according to the invention is therefore produced in printed technology,
ce qui permet un gain de place considérable et un maintien mécanique beaucoup plus aisé. which allows a considerable space saving and mechanical maintenance much easier.
Par ailleurs, le dépôt métallique comprend d'une part les deux brins latéraux (formant la barre horizontale du T) qui constituent le dipôle proprement dit, et d'autre part un prolongement, selon une direction orthogonale à ces brins latéraux (prolongement formant la barre verticale du T), qui constitue le plan de masse pour la ligne d'alimentation. Ainsi, la présence de ce plan de masse associé à la ligne d'alimentation assure que l'alimentation est autosymétrisée. En d'autres termes, l'élément rayonnant selon Moreover, the metal deposit comprises on the one hand the two lateral strands (forming the horizontal bar of the T) which constitute the dipole itself, and on the other hand an extension, in a direction orthogonal to these lateral strands (extension forming the T vertical bar), which is the ground plane for the power line. Thus, the presence of this ground plane associated with the power line ensures that the power supply is self-symmetric. In other words, the radiating element according to
l'invention ne nécessite pas l'utilisation conjointe d'un symétriseur. the invention does not require the joint use of a balun.
De plus, la ligne d'alimentation alimente les deux brins latéraux par l'intermédiaire In addition, the feed line feeds the two side strands via
de la fente de couplage.of the coupling slot.
Enfin, afin de pouvoir mettre en oeuvre le principe connu de l'adaptation double stubs dans le cas d'un élément rayonnant réalisé en technologie imprimée, l'invention Finally, in order to be able to implement the known principle of double stubs adaptation in the case of a radiating element produced by printed technology, the invention
propose une réalisation originale des stubs ou tronçons d'adaptation série et parallèle. proposes an original realization of the stubs or sections of serial and parallel adaptation.
En effet, selon l'invention: - le stub série est constitué de la première portion d'extrémité de la ligne d'alimentation qui dépasse de l'axe de la fente, et possède la première longueur variable; et - le stub parallèle est constitué de la seconde portion d'extrémité de la fente qui dépasse de la première portion d'extrémité de la ligne d'alimentation, et possède la Indeed, according to the invention: the series stub consists of the first end portion of the feed line which protrudes from the axis of the slot, and has the first variable length; and the parallel stub consists of the second end portion of the slot which protrudes from the first end portion of the feed line, and has the
seconde longueur variable.second variable length.
Un choix convenable de ces première et seconde longueurs variables permet A suitable choice of these first and second variable lengths allows
d'adapter l'élément rayonnant sur une large bande. to adapt the radiating element to a wide band.
Avantageusement, ladite fente est de forme rectangulaire. Préférentiellement, la longueur cumulée de l'ensemble desdits deux brins latéraux est sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde de fonctionnement dudit élément rayonnant. Ainsi, on obtient des valeurs classiques d'impédance de rayonnement pour les Advantageously, said slot is of rectangular shape. Preferably, the cumulative length of all of said two lateral strands is substantially equal to half the operating wavelength of said radiating element. Thus, conventional values of radiation impedance are obtained for
deux brins latéraux constituant le dipôle proprement dit. two lateral strands constituting the dipole itself.
Avantageusement, lesdits deux brins latéraux sont de même longueur. Advantageously, said two lateral strands are of the same length.
De façon avantageuse, ladite ligne d'alimentation est une ligne microruban. Advantageously, said feed line is a microstrip line.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'élément rayonnant comprend des premiers moyens à capacité variable connectés entre un plan de masse et l'extrémité de ladite ligne d'alimentation située dans ladite première portion d'extrémité De cette façon, la modification de la capacité de ces premiers moyens a le même effet qu'un allongement ou une diminution "physique" (c'est-à-dire réelle) de la première In an advantageous embodiment of the invention, the radiating element comprises first variable capacitance means connected between a ground plane and the end of said feed line located in said first end portion. the modification of the capacity of these first means has the same effect as a "physical" (that is, real) lengthening or
longueur variable.variable length.
Dans un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, l'élément rayonnant comprend des seconds moyens à capacité variable connectés entre un plan de masse et In another advantageous embodiment of the invention, the radiating element comprises second capacitance means connected between a ground plane and
l'extrémité de ladite fente située dans ladite seconde portion d'extrémité. the end of said slot in said second end portion.
Ainsi, on agit sur la seconde longueur variable comme expliqué précédemment Thus, we act on the second variable length as explained previously
pour la première longueur variable. for the first variable length.
Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'élément rayonnant comprend également des moyens de réflexion permettant de supprimer un rayonnement In a preferred embodiment of the invention, the radiating element also comprises reflection means for suppressing radiation.
arrière dudit élément rayonnant.rear of said radiating element.
De cette façon, on dirige vers l'avant l'énergie rayonnée par l'élément rayonnant. In this way, the energy radiated by the radiating element is directed forward.
Ceci permet de gagner à peu près 3 dB sur le maximum de directivité de l'élément rayonnant. L'invention concerne également un réseau d'éléments rayonnants comprenant au This saves about 3 dB on the maximum directivity of the radiating element. The invention also relates to a network of radiating elements comprising at least
moins deux éléments rayonnants selon l'invention. at least two radiating elements according to the invention.
Enfin, l'invention concerne aussi un procédé d'ajustement de l'adaptation d'un élément rayonnant, caractérisé en ce qu'il comprend une première étape d'ajustement de ladite première longueur variable et une seconde étape d'ajustement de ladite seconde longueur variable. En effet, il est toujours nécessaire d'ajuster les valeurs des première et seconde longueurs variables (des stubs série et parallèle) que le principe de l'adaptation double Finally, the invention also relates to a method of adjusting the adaptation of a radiating element, characterized in that it comprises a first step of adjusting said first variable length and a second step of adjusting said second variable length. Indeed, it is always necessary to adjust the values of the first and second variable lengths (serial and parallel stubs) as the principle of double adaptation.
stub permet de calculer théoriquement. stub makes it possible to calculate theoretically.
Dans un premier mode de réalisation avantageux de ce procédé selon l'invention, ladite première étape d'ajustement de la première longueur variable consiste à découper partiellement ladite première portion d'extrémité de la ligne d'alimentation, et ladite seconde étape d'ajustement de la seconde longueur variable consiste à boucher partiellement ladite seconde portion d'extrémité de la fente avec un matériau conducteur. Dans un second mode de réalisation avantageux du procédé selon l'invention, ladite première étape d'ajustement de la première longueur variable consiste à modifier la valeur de la capacité de premiers moyens à capacité variable connectés entre un plan de masse et l'extrémité de la ligne d'alimentation située dans la première portion d'extrémité, et ladite seconde étape d'ajustement de la seconde longueur variable consiste à modifier la valeur de la capacité de seconds moyens à capacité variable connectés entre In a first advantageous embodiment of this method according to the invention, said first step of adjusting the first variable length consists in partially cutting said first end portion of the feed line, and said second adjustment step of the second variable length is to partially plug said second end portion of the slot with a conductive material. In a second advantageous embodiment of the method according to the invention, said first step of adjusting the first variable length consists in modifying the value of the capacitance of first variable capacitance means connected between a ground plane and the end of the feed line located in the first end portion, and said second step of adjusting the second variable length is to change the value of the capacity of second variable capacity means connected between
un plan de masse et l'extrémité de la fente située dans la seconde portion d'extrémité. a ground plane and the end of the slot in the second end portion.
En d'autres termes, le premier mode de réalisation correspond par exemple à une ou plusieurs actions "manuelles" alors que le second mode de réalisation correspond par In other words, the first embodiment corresponds for example to one or more "manual" actions while the second embodiment corresponds to
exemple à une ou plusieurs actions "électroniques". example to one or more "electronic" actions.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la Other features and advantages of the invention will appear on reading the
description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre following description of a preferred embodiment of the invention, given as a
d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 présente une vue en perspective d'un mode de réalisation préférentiel de l'élément rayonnant selon l'invention; - la figure 2 présente un schéma électrique équivalent d'un élément rayonnant selon l'invention; - la figure 3 présente un exemple de moyens à capacité variable pouvant être mis en oeuvre dans un élément rayonnant selon l'invention; - la figure 4 présente une courbe de variation, en fonction de la fréquence, du rapport d'onde stationnaire pour un exemple d'élément rayonnant selon l'invention; - la figure 5 présente, sur un abaque de Smith, le principe de l'adaptation double stub; - la figure 6 présente un second mode de réalisation d'un élément rayonnant selon l'invention comprenant un réflecteur; - la figure 7 présente un exemple de réseau comprenant plusieurs éléments rayonnants selon l'invention; et - la figure 8 présente une courbe de variation, dans un abaque de Smith, de indicative and nonlimiting example, and the accompanying drawings, in which: - Figure 1 shows a perspective view of a preferred embodiment of the radiating element according to the invention; - Figure 2 shows an equivalent electrical diagram of a radiating element according to the invention; FIG. 3 shows an example of means with variable capacity that can be implemented in a radiating element according to the invention; FIG. 4 shows a variation curve, as a function of frequency, of the standing wave ratio for an exemplary radiating element according to the invention; - Figure 5 shows, on a Smith chart, the principle of double stub adaptation; FIG. 6 shows a second embodiment of a radiating element according to the invention comprising a reflector; FIG. 7 shows an example of a network comprising several radiating elements according to the invention; and FIG. 8 presents a curve of variation, in a Smith chart, of
l'impédance d'entrée pour un exemple d'élément rayonnant selon l'invention. the input impedance for an example of a radiating element according to the invention.
L'invention concerne donc un élément rayonnant du type dipôle réalisé en technologie imprimée. La figure 1 présente une vue en perspective d'un mode de The invention therefore relates to a radiating element of the dipole type produced in printed technology. Figure 1 presents a perspective view of a mode of
réalisation d'un tel élément rayonnant. realization of such a radiating element.
Comme montré sur cette figure 1, l'élément rayonnant selon l'invention comprend principalement une plaque de substrat 1, une ligne d'alimentation 2, et un dépôt As shown in this FIG. 1, the radiating element according to the invention mainly comprises a substrate plate 1, a feed line 2, and a deposit
métallique 3.metallic 3.
La plaque de substrat 1 est par exemple un substrat Duroid du type verre téflon, The substrate plate 1 is for example a Duroid substrate of Teflon glass type,
possédant une permittivité relative er = 2,2 et une épaisseur h = 0,76 mm. having a relative permittivity er = 2.2 and a thickness h = 0.76 mm.
La ligne d'alimentation 2 est située sur la face inférieure de la plaque de substrat 1. Il s'agit par exemple d'une ligne microruban de largeur w. Cette ligne d'alimentation 2 est reliée à un connecteur 4 (par exemple de type SMA) permettant de relier l'élément The feed line 2 is located on the underside of the substrate plate 1. It is for example a microstrip line of width w. This power supply line 2 is connected to a connector 4 (for example of the SMA type) making it possible to connect the element
rayonnant à un câble coaxial traditionnel (non représenté). radiating to a conventional coaxial cable (not shown).
Le dépôt métallique 3 est situé sur la face supérieure de la plaque de substrat 1 et est en forme de T. La barre horizontale de ce T du dépôt métallique, qui est la partie rayonnante 8 de l'élément rayonnant, est constituée de deux brins latéraux 5, 6 séparés par une fente de couplage 7. La longueur L de cette partie rayonnante 8 est choisie égale à la moitié de la longueur d'onde de fonctionnement, de façon à avoir une valeur classique d'impédance, à savoir Zr = 73 Qf + j 42 Q (la partie imaginaire de Zr pouvant être annulée en retouchant légèrement la longueur L de la partie rayonnante). La longueur L et la largeur W de cette partie rayonnante 8 déterminent les propriétés mécaniques propres à l'élément rayonnant. The metal deposit 3 is located on the upper face of the substrate plate 1 and is T-shaped. The horizontal bar of this T of the metallic deposit, which is the radiating part 8 of the radiating element, consists of two strands. side 5, 6 separated by a coupling slot 7. The length L of this radiating portion 8 is chosen to be equal to half the operating wavelength, so as to have a conventional value of impedance, namely Zr = 73 Qf + j 42 Q (the imaginary part of Zr can be canceled by slightly retouching the length L of the radiating part). The length L and the width W of this radiating part 8 determine the mechanical properties specific to the radiating element.
Dans l'exemple présenté, les deux brins latéraux 5, 6 sont de même longueur L/2. In the example presented, the two lateral strands 5, 6 are of the same length L / 2.
La ligne d'alimentation 2 alimente la partie rayonnante 8 (c'est-à-dire les deux brins latéraux 5, 6) par l'intermédiaire de la fente de couplage 7. Cette fente 7 est par The supply line 2 feeds the radiating part 8 (that is to say the two lateral strands 5, 6) via the coupling slot 7. This slot 7 is
exemple de forme rectangulaire.example of rectangular shape.
La barre verticale 11 du T du dépôt métallique 3 s'étend à partir des deux brins The vertical bar 11 of the T of the metal deposit 3 extends from the two strands
latéraux 5, 6 jusqu'au connecteur 4. side 5, 6 to connector 4.
Cette partie 11 du dépôt métallique 3 constitue un plan de masse pour la ligne d'alimentation 2 située sur l'autre face de la plaque de substrat 1. De cette façon, l'élément rayonnant génère des courants symétriques sur la partie rayonnante 8. En This part 11 of the metal deposit 3 constitutes a ground plane for the supply line 2 located on the other face of the substrate plate 1. In this way, the radiating element generates symmetrical currents on the radiating part 8. In
d'autres termes, l'élément rayonnant de l'invention est autosymétrisé. in other words, the radiating element of the invention is self-symmetrized.
La ligne d'alimentation 2 possède à son extrémité opposée à celle reliée au connecteur 4, une portion d'extrémité de longueur 11 s'étendant au delà de l'axe de la fente 7. Cette première longueur 11 de la portion d'extrémité de la ligne d'alimentation 2 The supply line 2 has at its end opposite to that connected to the connector 4, an end portion of length 11 extending beyond the axis of the slot 7. This first length 11 of the end portion from the feed line 2
constitue un stub série 9 circuit-ouvert. constitutes a series 9 circuit-open stub.
La fente de couplage 7 possède une portion d'extrémité de longueur 12 s'étendant au delà de la ligne d'alimentation 2. Cette seconde longueur 12 de la portion d'extrémité The coupling slot 7 has an end portion of length 12 extending beyond the feed line 2. This second length 12 of the end portion
de la fente 7 constitue un stub parallèle 10 court-circuit en ligne à fente. slot 7 constitutes a parallel stub 10 in-line slot circuit.
Ainsi, l'élément rayonnant selon l'invention comprend, bien que réalisé en technologue imprimée, un stub série et un stub parallèle. Ces deux stubs série et parallèle permettent l'adaptation de l'élément rayonnant, selon le principe de l'adaptation double Thus, the radiating element according to the invention comprises, although realized as a printed technologist, a series stub and a parallel stub. These two series and parallel stubs allow the adaptation of the radiating element, according to the principle of double adaptation
stub, sur une large bande de fréquences. stub, on a wide band of frequencies.
Le principe de l'adaptation double stub est maintenant expliqué brièvement en relation avec la figure 2, qui présente un schéma électrique équivalent d'un élément rayonnant selon l'invention, et la figure 5 qui présente un abaque de Smith sur lequel The principle of double stub adaptation is now explained briefly in relation to FIG. 2, which presents an equivalent electrical diagram of a radiating element according to the invention, and FIG. 5 which presents a Smith chart on which
apparaissent les principales étapes de mise en oeuvre de ce principe. the main stages of implementation of this principle appear.
Comme cela apparaît sur la figure 2: - la partie rayonnante présente une impédance Zr = Rr + j Xr; - le stub série de longueur 11 présente une réactance ajustable X l (Xl étant fonction de 11);et - le stub parallèle de longueur 12 présente une susceptance ajustable B2 (B2 étant As shown in FIG. 2: the radiating part has an impedance Zr = Rr + j Xr; the length series stub 11 has an adjustable reactance X 1 (X 1 being a function of 11), and the parallel stub of length 12 has an adjustable susceptance B2 (B2 being
fonction de 12).function of 12).
L'adaptation de l'élément rayonnant consiste à rendre l'impédance d'entrée Ze de The adaptation of the radiating element consists in making the input impedance Ze of
cet élément rayonnant égale à l'impédance caractéristique Zc du câble coaxial. this radiating element equal to the characteristic impedance Zc of the coaxial cable.
Typiquement, on a Zc = 50 Q. Cette adaptation (c'est-à- dire l'égalité Ze = Zc) est réalisée grâce à un choix convenable de la réactance X 1 et de la susceptance B2, c'est-à-dire des longueurs 11 et 12 Typically, Zc = 50 Q. This adaptation (ie the equality Ze = Zc) is achieved by a suitable choice of the reactance X 1 and the susceptance B2, that is, say lengths 11 and 12
des stubs série et parallèle.serial and parallel stubs.
Comme présenté en relation avec la figure 5, l'abaque de Smith permet de As shown in connection with FIG. 5, the Smith chart makes it possible to
déterminer les valeurs acceptables de X1 et B2, à partir de la valeur de Zr = l/Yr. determine the acceptable values of X1 and B2, starting from the value of Zr = 1 / Yr.
Les étapes de calcul sont les suivantes: - on construit le cercle G = 1 décalé de 180 degrés, pour le passage en admittance: - à partir du point Yr, on ajoute j B2 en se déplaçant le long du cercle à conductance constante, jusqu'à l'intersection avec le cercle G = 1 décalé. La nouvelle valeur de l'admittance est Y'L OU Y"L; - on prend le symétrique de Y'L ou Y"L pour avoir la nouvelle valeur en impédance (à savoir Z'L ou Z"L) qui se situe comme on l'a imposé sur le cercle G = 1; - on soustrait la réactance j X' ou j X" (puisque l'origine de l'abaque correspond à The calculation steps are as follows: - the circle G = 1 is shifted by 180 degrees, for the passage in admittance: - from the point Yr, we add j B2 while moving along the circle with constant conductance, until 'at the intersection with the circle G = 1 shifted. The new value of the admittance is Y'L OR Y "L; - we take the symmetry of Y'L or Y" L to have the new value in impedance (namely Z'L or Z "L) which is as we imposed on the circle G = 1, we subtract the reactance j X 'or j X "(since the origin of the abacus corresponds to
une condition d'adaptation parfaite). La valeur X2 est donc X' ou X". a condition of perfect adaptation). The value X2 is therefore X 'or X ".
I1 est à noter que la plus grande bande passante est obtenue quand les éléments réactifs sont choisis les plus petits possible, de sorte que le facteur de qualité du circuit It should be noted that the greater bandwidth is obtained when the reactive elements are chosen as small as possible, so that the quality factor of the circuit
d'adaptation reste faible.adaptation remains low.
La figure 4 présente une courbe de variation, en fonction de la fréquence, du rapport d'onde stationnaire (ROS) pour un exemple d'élément rayonnant tel que montré FIG. 4 shows a variation curve, as a function of frequency, of the standing wave ratio (ROS) for an example of a radiating element as shown
sur la figure 1.in Figure 1.
Dans cet exemple, l'élément rayonnant est caractérisé par les grandeurs géométriques suivantes: - plaque de substrat 1 Duroid type verre téflon, de permittivitéé relative úr = 2,2 et d'épaisseur h = 0,76 mm; - ligne d'alimentation 2 de largeur w = 2,16 mm; - partie rayonnante (dipôle) 8 de longueur L = 55 mm et de largeur W = 10 mm; - stub série de longueur 11 = 10,5 mm; et In this example, the radiating element is characterized by the following geometrical quantities: substrate plate 1 Teflon-type Duroid type, with a relative permittivity of úr = 2.2 and a thickness h = 0.76 mm; feed line 2 of width w = 2.16 mm; - radiating part (dipole) 8 of length L = 55 mm and width W = 10 mm; - stub series of length 11 = 10.5 mm; and
- stub parallèle de longueur 12 = 10 mm. - parallel stub of length 12 = 10 mm.
Cette courbe permet de calculer la bande passante [f l, f2] de l'élément rayonnant, c'est-à-dire la bande de fréquences pour lesquelles le ROS est inférieur à 2. Cette bande passante peut également s'exprimer en pourcentage, obtenu par par division de la largeur This curve makes it possible to calculate the bandwidth [f 1, f 2] of the radiating element, that is to say the frequency band for which the ROS is less than 2. This bandwidth can also be expressed as a percentage, obtained by division of width
(f2-fl) de la bande passante par la fréquence centrale f3 de cette bande passante. (f2-fl) of the bandwidth by the central frequency f3 of this bandwidth.
Dans cet exemple, la bande passante est sensiblement comprise entre fl = 1,83 GHz et f2 = 2,84 GHz. Avec une fréquence centrale f3 = 2,33 GHz, cette bande passante est égale à 44 %. L'élément rayonnant selon l'invention possède donc une large bande In this example, the bandwidth is substantially between fl = 1.83 GHz and f2 = 2.84 GHz. With a center frequency f3 = 2.33 GHz, this bandwidth is equal to 44%. The radiating element according to the invention therefore has a wide band
passante.bandwidth.
La figure 8 présente une courbe de variation, dans un abaque de Smith, de Figure 8 shows a variation curve, in a Smith chart, of
l'impédance d'entrée Ze pour l'exemple précédent d'élément rayonnant. the input impedance Ze for the previous example of radiating element.
Aux fréquences fl, f2 et f3 définissant la bande passante, on a les impédances d'entrée Zel, Ze2 et Ze3, avec: Zel = 25,55 n + j 5,53 Q et fl = 1,83 GHz; Ze2 = 48,97 D +j 3,5 Q et f2 = 2,33GHz; At frequencies f1, f2 and f3 defining the bandwidth, there are the input impedances Zel, Ze2 and Ze3, with: Zel = 25.55 n + j 5.53 Q and fl = 1.83 GHz; Ze2 = 48.97D + j 3.5Q and f2 = 2.33GHz;
Ze3 = 37,22 Q + j 28,2 Q et f3 = 2,84 GHz. Ze3 = 37.22 Q + j 28.2 Q and f3 = 2.84 GHz.
On remarquera la présence de la boucle qui garantit une faible dispersion en We will notice the presence of the loop which guarantees a weak dispersion in
fréquence et traduit l'efficacité de l'adaptation. frequency and reflects the effectiveness of adaptation.
Lors de la phase expérimentale, il peut exister une légère désadaptation de l'élément rayonnant et il convient alors d'ajuster les longueurs 11, 12 des stubs série et parallèle, ces longueurs 11, 12 étant calculées préalablement grâce au principe de During the experimental phase, there may be a slight mismatch of the radiating element and it is then necessary to adjust the lengths 11, 12 of the series and parallel stubs, these lengths 11, 12 being calculated beforehand thanks to the principle of
l'adaptation double stub décrite précédemment. the double stub adaptation described above.
On peut imaginer de nombreux procédés permettant un tel ajustement de Many methods can be imagined for such an adjustment of
l'adaptation de l'élément rayonnant. the adaptation of the radiating element.
Un premier exemple d'un tel procédé consiste à: - ajuster la longueur 1l du stub série en découpant partiellement la portion d'extrémité de la ligne d'alimentation dépassant de la fente; et - ajuster la longueur 12 du stub parallèle en bouchant partiellement, avec un matériau conducteur, la portion d'extrémité de la fente dépassant de la ligne d'alimentation. Un second exemple d'un tel procédé peut être mis en oeuvre si l'élément rayonnant comprend: - des premiers moyens 31 (figure 3) à capacité variable connectés entre un plan de masse (par exemple un des brins latéraux 6) et l'extrémité 32 de la portion d'extrémité de la ligne d'alimentation constituant le stub série 9; et - des seconds moyens (non représentés) à capacité variable connectés entre un plan A first example of such a method consists in: adjusting the length 11 of the series stub by partially cutting the end portion of the feed line protruding from the slot; and - adjusting the length 12 of the parallel stub by partially occluding with a conductive material, the end portion of the slot protruding from the supply line. A second example of such a method can be implemented if the radiating element comprises: first means 31 (FIG. 3) with variable capacity connected between a ground plane (for example one of the lateral strands 6) and the end 32 of the end portion of the feed line constituting the series stub 9; and second means (not shown) with variable capacity connected between a plane
de masse et l'extrémité de la fente constituant le stub parallèle. mass and the end of the slot constituting the parallel stub.
Ces premiers et seconds moyens à capacité variable sont par exemple, comme présenté à la figure 3, des varactors 31 commandés électroniquement. Ainsi, la variation de la capacité de ces moyens 31 à capacité variable a le même effet qu'un allongement ou These first and second means with variable capacity are for example, as shown in Figure 3, varactors 31 electronically controlled. Thus, the variation of the capacity of these means 31 with variable capacity has the same effect as an elongation or
une diminution de la longueur du stub correspondant 9. a decrease in the length of the corresponding stub 9.
La figure 6 présente un second mode de réalisation d'un élément rayonnant selon l'invention. En fait, ce second mode de réalisation se différencie du premier uniquement en ce qu'il comprend des moyens 61 de réflexion permettant de supprimer un rayonnement arrière de cet élément rayonnant. En effet, le rayonnement du dipôle seul 62 est omnidirectionnel excepté dans l'axe du dipôle. Or pour certaines applications, on souhaite diriger l'énergie rayonnée vers l'avant du dipôle (c'est-à-dire du côté opposé à l'excitation). Ces moyens 61 de réflexion visent à accroître la directivité de l'ensemble 62 réalisé en technologie imprimée (et correspondant à l'élément rayonnant du premier mode FIG. 6 shows a second embodiment of a radiating element according to the invention. In fact, this second embodiment differs from the first only in that it comprises reflection means 61 for removing a back radiation of this radiating element. Indeed, the radiation of the single dipole 62 is omnidirectional except in the axis of the dipole. However, for certain applications, it is desired to direct the radiated energy towards the front of the dipole (that is to say on the side opposite the excitation). These reflection means 61 are intended to increase the directivity of the set 62 produced by printed technology (and corresponding to the radiating element of the first mode
de réalisation).realization).
Ces moyens 61 de réflexion, dans le cas o ils sont constitués d'un réflecteur (à défaut d'un plan défecteur idéalement indéfini), permettent de gagner environ 3 dB sur le These reflection means 61, in the case where they consist of a reflector (in the absence of an ideally undefined deflection plane), make it possible to gain about 3 dB on the
maximum de directivité.maximum directivity.
Il est clair que le réflecteur 61 peut posséder de nombreuses autres formes que It is clear that the reflector 61 can have many other forms than
celle présentée sur la figure 6.that presented in Figure 6.
La figure 7 présente un exemple de réseau 71 d'éléments rayonnants 72 selon l'invention. La mise en réseau d'éléments rayonnants permet également d'obtenir une directivité accrue et peut donc être combinée ou non à un réflecteur. Dans cet exemple, le FIG. 7 shows an example of a network 71 of radiating elements 72 according to the invention. The networking of radiating elements also makes it possible to obtain an increased directivity and can therefore be combined or not with a reflector. In this example, the
réseau 71 comprend trois élémenwts rayonnants 72 ainsi qu'un réflecteur 73. network 71 comprises three radiating elements 72 and a reflector 73.
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