Les antennes à matériau BIP présentent l'avantage d'avoir un encombrement réduit par rapport à d'autres types d'antennes, telles que les antennes à réflecteur, à lentille ou à cornet.

De telles antennes à matériau BIP sont décrites en particulier dans la demande de brevet FR 99 14521, publiée sous le n° 2 801 428 au nom du C. N. R. S. (Centre National de la Recherche Scientifique). Ce brevet décrit précisément un mode de réalisation d'un matériau BIP présentant un seul défaut formant une cavité résonante à fuites. De plus, et bien qu'aucun mode de réalisation de cette variante ne soit décrit explicitement, ce brevet envisage également la possibilité de créer des antennes multi-bandes à partir de matériaux BIP. En effet, ce brevet enseigne qu'un défaut créé dans le matériau BIP permet d'engendrer une bande passante étroite au sein d'une bande non passante plus large de ce matériau BIP. Par conséquent, pour créer des antennes multi-bandes, plusieurs défauts doivent tre créés dans le matériau BIP de manière à créer plusieurs bandes passantes étroites au sein de la mme bande non passante du matériau BIP. C'est ce qui est indiqué à la page 10, lignes 23 à 25 de cette demande de brevet FR 99 14521.

II est rappelé ici qu'une antenne multi-bandes désigne une antenne apte à travailler à plusieurs fréquences de travail différentes et distinctes les unes des autres. De plus, l'antenne multi-bandes présente, pour chacune des

fréquences de travail, un mme diagramme de rayonnement et la mme polarisation de rayonnement.

La construction d'antennes multi-bandes selon l'enseignement de la demande de brevet FR 99 14521 s'est avérée compliquée, notamment à cause des difficultés de conception d'un matériau BIP multi-défauts.

L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant une antenne multi-bandes de fréquences à matériau BIP plus simple à construire.

L'invention a donc également pour objet une antenne multi-bandes de fréquences telle que décrite ci-dessus, caractérisée en ce que : - le dispositif d'excitation est apte à travailler simultanément au moins autour d'une première et d'une seconde fréquences de travail distinctes, - la première et la seconde fréquences de travail sont situées à l'intérieur respectivement d'une première et d'une seconde bandes passantes étroites, distinctes l'une de l'autre, et la première et la seconde bandes passantes étroites sont créées par le mme défaut de périodicité du matériau BIP.

En effet, il a été découvert qu'un mme et unique défaut du matériau BIP crée plusieurs bandes passantes étroites centrées respectivement autour de plusieurs fréquences différentes les unes des autres. Ainsi, pour construire une antenne multi-bandes de fréquences, il n'est pas nécessaire de construire une antenne à matériau BIP multi-défauts, ce qui simplifie la construction de telles antennes.

Suivant d'autres caractéristiques d'une antenne multi-bandes de fréquences conforme à l'invention : - le défaut de périodicité du matériau BIP créant la première et la seconde bandes passantes étroites forme une cavité résonante à fuites présentant une hauteur constante dans une direction orthogonale à ladite surface extérieure rayonnante, et cette hauteur est adaptée pour placer la première et de la seconde bandes passantes étroites au sein de ladite au moins une bande non passante du matériau BIP, - la hauteur de la cavité est adaptée pour placer la première et la seconde bandes passantes étroites au sein d'une mme bande non passante du matériau BIP,

- le matériau BIP présente une première et une seconde bandes non passantes disjointes et espacées l'une de l'autre, et la hauteur de la cavité est adaptée pour placer la première et la seconde bandes passantes étroites au sein respectivement de la première et de la seconde bandes non passantes du matériau BIP, - ladite première bande passante étroite est sensiblement centrée sur une fréquence fondamentale, tandis que ladite seconde bande passante étroite est sensiblement centrée sur un multiple entier de cette fréquence fondamentale, - la cavité présente une famille de fréquences de résonance formée par une fréquence fondamentale et ses harmoniques, le mode de résonance de la cavité et le diagramme de rayonnement de l'antenne étant les mmes pour chaque fréquence de résonance de la famille, et la première et la seconde fréquences de travail correspondent chacune, dans leur bande passante étroite respective, à une fréquence de la mme famille, - la cavité présente au moins deux familles de fréquences de résonance formées chacune par une fréquence fondamentale et ses harmoniques, le mode de résonance et le diagramme de rayonnement de l'antenne étant les mmes pour chaque fréquence de résonance d'une mme famille et différents de ceux des autres familles de fréquences de résonance, et la première et la seconde fréquences de travail correspondent chacune, dans leur bande passante étroite respective, à des fréquences appartenant à des familles différentes, - le dispositif d'excitation est propre à émettre des ondes électromagnétiques à la première fréquence de travail ayant une polarisation différente des ondes électromagnétiques émises à la seconde fréquence de travail.

- le dispositif d'excitation comporte au moins un mme élément d'excitation apte à émettre et/ou à recevoir des ondes électromagnétiques simultanément à la première et à la seconde fréquences de travail, - le dispositif d'excitation comporte un premier et un second éléments d'excitation aptes chacun à émettre et/ou à recevoir des ondes électromagnétiques, et en ce que le premier élément d'excitation est apte à

travailler à la première fréquence de travail, tandis que le second élément d'excitation est apte à travailler à la seconde fréquence de travail, - chacun des éléments d'excitation est propre à générer, sur ladite surface extérieure, respectivement une première et une seconde taches rayonnantes disjointes l'une de l'autre, chacune de ces taches rayonnantes représentant l'origine d'un faisceau d'ondes électromagnétiques rayonné en émission et/ou en réception par l'antenne, - la cavité résonante à fuites est de forme parallélépipédique.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins, sur lesquels : - la figure 1 est une illustration d'une antenne multi-bandes de fréquences conforme à l'invention ; - la figure 2 est un graphique représentant le coefficient de transmission de l'antenne de la figure 1 ; - les figures 3A et 3B sont des illustrations des diagrammes de rayonnement de l'antenne de la figure 1 ; - la figure 4 est une illustration d'un second mode de réalisation d'une antenne multi-bandes de fréquences conforme à l'invention ; et - la figure 5 est un graphique représentant le coefficient de transmission de l'antenne de la figure 4.

La figure 1 représente une antenne multi-bandes de fréquences 140 comportant un matériau 142 à bande d'interdiction photonique ou matériau BIP et un plan métallique 144 réflecteur d'ondes électromagnétiques.

Il est rappelé qu'un matériau BIP est un matériau qui possède la propriété d'absorber certaines gammes de fréquences, de sorte qu'il présente une ou plusieurs bandes non passantes, dans lesquelles toute transmission d'ondes électromagnétiques est interdite.

Le matériau BIP est généralement constitué d'un arrangement périodique de diélectrique de permittivité et/ou de perméabilité variable.

L'introduction d'une rupture dans cette périodicité géométrique et/ou radioélectrique, rupture encore appelée défaut, permet d'engendrer un défaut d'absorption et donc de créer une bande passante étroite au sein d'une bande

non passante du matériau BIP. Le matériau BIP est, dans ces conditions, désigné par matériau BIP à défaut.

Pour une description détaillée d'une telle antenne présentant un seul défaut, le lecteur pourra utilement se reporter à la demande de brevet français FR 99 14521 (2 801 428), et plus particulièrement au mode de réalisation décrit en regard de la figure 6.

L'agencement général de l'antenne 140 étant déjà décrit en détail dans la demande de brevet référencée ci-dessus, seules les caractéristiques spécifiques à cette antenne 140 seront décrites ici en détail.

Le matériau BIP 142 est ici choisi pour présenter une bande non passante B la plus large possible. Cette bande non passante B est illustrée sur le graphique de la figure 2 représentant l'évolution du coefficient de transmission en décibels du matériau BIP à défaut 142 en fonction de la fréquence des ondes électromagnétiques. Ce coefficient de transmission représente le rapport entre la quantité d'énergie électromagnétique émise sur la quantité d'énergie électromagnétique reçue. La bande non passante B du matériau BIP s'étend ici de 5 GHz à 17 GHz.

Le matériau BIP 142 comporte un empilement de lames plates diélectriques, le long d'une direction perpendiculaire au plan réflecteur 144. Cet empilement se compose ici, par exemple, de deux lames 150,152 réalisées dans un premier matériau diélectrique tel que, par exemple, de l'alumine, et de deux lames 154 et 156 réalisées dans un matériau diélectrique différent tel que, par exemple, de l'air. La lame 154 est interposée entre les lames 150 et 152, tandis que la lame 156 est interposée entre la lame 152 et le plan réflecteur 144. La lame 150 est placée à l'extrémité de l'empilement à l'opposé du plan réflecteur 144 et présente une surface intérieure en contact avec la lamé 154 et une surface extérieure 158 à l'opposé de la surface intérieure. La surface extérieure 158 forme une surface rayonnante de l'antenne en émission et/ou en réception.

Les lames 150 à 156 sont parallèles au plan réflecteur 144.

La hauteur de la lame 156 est supérieure à la hauteur de la lame 154 et forme donc une unique rupture de la périodicité géométrique de l'empilement de matériaux diélectriques du matériau BIP. Le matériau BIP 142 présente

donc, dans cet exemple de réalisation, un seul et unique défaut. La lame 156 forme ici une cavité résonante parallélépipédique à fuites de hauteur constante H dans une direction perpendiculaire au plan réflecteur 144.

La cavité 156 crée une bande passante étroite BP1 (figure 2) centrée autour d'une fréquence fondamentale fo. La hauteur H détermine la fréquence fo et donc la position de la bande passante étroite BP1 au sein de la bande non passante B. Ici, fo est sensiblement égal à 7 GHz.

II a été constaté que ce mme défaut ou cavité 156 génère également d'autres bandes passantes étroites sensiblement centrées sur des multiples entiers de la fréquence fo. Jusqu'à présent, ces autres bandes passantes étroites n'avaient pas été observées, car elles se situaient en dehors de la bande non passante B. En effet, dans les antennes de ce type connues, la bande non passante n'est pas suffisamment large et la fréquence fo est placée sensiblement au milieu de la bande non passante.

Dans ce mode de réalisation, la hauteur H est donc choisie pour que la bande passante BP1 soit suffisamment excentrée de manière à ce qu'une bande passante BP2 (figure 2), centrée sur une fréquence fi sensiblement égale à deux fois fo, soit également placée à l'intérieur de la mme bande non passante B. Ici, fi est sensiblement égal à 14 GHz.

De façon connue, une telle cavité résonante parallélépipédique présente plusieurs familles de fréquences de résonance. Chaque famille de fréquences de résonance est formée par une fréquence fondamentale et ses harmoniques ou multiples entiers de la fréquence fondamentale. Chaque fréquence de résonance d'une mme famille excite le mme mode de résonance de la cavité. Ces modes de résonance sont connus sous les termes de modes TMo, TM1,..., TMj. Ces modes de résonance sont décrits plus en détail dans le document de F. Cardiol,"Electromagnétisme, traité d'Electricité, d'Electronique et d'Electrotechnique", Ed. Dunod, 1987. Chaque mode de résonance TAM ; est susceptible d'tre excité ou activé par une onde électromagnétique voisine d'une fréquence fondamentale fmi. Ces fréquences fmi ou leurs harmoniques sont présents dans chacune des bandes passantes étroites BP1 et BP2

Chaque mode de résonance correspond à un diagramme rayonnant ou forme de rayonnement de l'antenne 140 particulier.

A titre d'exemple, les figures 3A et 3B représentent chacune un diagramme de rayonnement ou forme de rayonnement correspondant respectivement aux modes de résonance TMo et TM1 Ici, les caractéristiques des lames dans la direction perpendiculaire au plan réflecteur, c'est-à-dire, notamment, leur hauteur ou épaisseur respective, est déterminée conformément à l'enseignement de la demande de brevet FR 99 14521. Plus précisément, ces caractéristiques sont déterminées pour que le mode de résonance TMo corresponde à un rayonnement directif selon une direction privilégiée d'émission et/ou de réception perpendiculaire à la surface extérieure 158. Ici, ce rayonnement directif est représenté dans la figure 3A par un lobe principal allongé le long de la direction perpendiculaire à la surface 158. Il a été constaté que la forme du rayonnement représenté à la figure 3A ne dépend pas des dimensions latérales de la cavité 156, c'est-à-dire des dimensions de cette cavité dans un plan parallèle au plan réflecteur si ces dimensions latérales sont supérieures à +, + étant donné par la formule suivante : GdB 20log-2, 5. (1) où : - GdB est le gain en décibels souhaité pour l'antenne, -e) =2R, -X est la longueur d'onde correspondant à la fréquence médiane fo A titre d'exemple, pour un gain de 20 dB, le rayon R est sensiblement égal à 2.15 À.

Par contre, la forme du rayonnement correspondant à des modes de résonance supérieurs au mode de résonance TMo varie en fonction des dimensions latérales de la cavité 156. Ici, ces dimensions latérales sont déterminées de manière à ce que le mode de résonance TM1 corresponde à un diagramme de rayonnement sensiblement omnidirectionnel dans un demi- espace à trois dimensions délimité par le plan passant. par le plan réflecteur 144.

Les dimensions de l'antenne 140 permettant d'obtenir les formes de rayonnement voulues sont déterminées, par exemple, par expérimentation.

Avantageusement, ces expérimentations consistent, à l'aide d'un logiciel de simulation de l'antenne 140, à déterminer les formes de rayonnement correspondant à des dimensions données, puis à faire varier ces dimensions jusqu'à obtenir les diagrammes de rayonnement voulus.

Finalement, l'antenne 140 comporte, ici, deux éléments d'excitation 160 et 162 disposés l'un à côté de l'autre sur la surface du plan 144 à l'intérieur de la cavité 156. Ces éléments d'excitation 160 et 162 sont propres à émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique respectivement aux fréquences fT1 et fT2. La fréquence fT1 est voisine de la fréquence fmo ou de l'un de ses harmoniques. Elle est située à l'intérieur de la bande passante étroite BP1 de manière à exciter le mode de résonance TMo de la cavité 156. La fréquence fT2 est voisine de la fréquence fm1 ou de l'un de ses harmoniques.

Elle est placée à l'intérieur de la bande passante BP2 de manière à exciter le mode de résonance TM1.

Ces éléments d'excitation sont connus en tant que tels. Ce sont, par exemple, des antennes plaques ou patch, des dipôles ou des antennes à fente propres à transformer des signaux électriques en des ondes électromagnétiques. A cet effet, les éléments d'excitation 160 et 162 sont raccordés à un générateur/récepteur 164 de signaux électriques conventionnels.

Le fonctionnement de l'antenne multi-bandes de fréquences décrit en regard de la figure 1 va maintenant tre décrit.

En émission, le générateur/récepteur 164 transmet des signaux électriques à l'un ou simultanément aux deux éléments d'excitation 160 et 162.

Ces signaux électriques sont convertis par l'élément 160 en une onde électromagnétique de fréquence fT1 et par l'élément 162 en une onde électromagnétique de fréquence fT2. Ces ondes électromagnétiques aux fréquences fT1 et fT2 n'interfèrent pas l'une avec l'autre, puisque les fréquences fT1 et fT2 sont très différentes. En effet, ici, les fréquences fT1 et fT2 sont situées chacune dans une bande passante étroite, espacées l'une de l'autre par une gamme de fréquences absorbées de largeur de l'ordre de 7 GHz. De plus, ces

fréquences de travail fT1 et fT2 étant chacune située à l'intérieur d'une bande passante étroite à l'intérieur de la bande non passante B, elles ne sont pas absorbées par le matériau BIP 142.

L'onde électromagnétique de fréquence fT1 excite le mode de résonance TMo de la cavité 156, ce qui se traduit par un rayonnement de l'antenne 140 directif pour cette fréquence et par l'apparition d'une tache rayonnante en émission et/ou en réception formée sur la surface 158. La tache rayonnante est ici la zone de la surface extérieure contenant l'ensemble des points où la puissance rayonnée en émission et/ou en réception est supérieure ou égale à la moitié de la puissance maximale rayonnée à partir de cette surface extérieure par l'antenne 4. Chaque tache rayonnante admet un centre géométrique correspondant au point où la puissance rayonnée est sensiblement égale à la puissance rayonnée maximale.

Dans le cas du mode de résonance TMo, cette tache rayonnante s'inscrit dans un cercle dont le diamètre est donné par la formule (1).

L'onde électromagnétique de fréquence fT2 excite, quant à elle, le mode de résonance TM1, ce qui se traduit par un rayonnement omnidirectionnel dans un demi-espace à cette fréquence fT2 et par l'apparition d'une seconde tache rayonnante en émission et/ou en réception formée sur la surface 158.

Chaque tache rayonnante correspond à l'embase ou section droite à l'origine d'un faisceau d'ondes électromagnétiques rayonné.

Pour une distance appropriée séparant les éléments 160,162, les taches rayonnantes sont disjointes.

En réception seules les ondes électromagnétiques reçues par la surface extérieure 158 et ayant une fréquence comprise soit dans la bande passante BP1, soit dans la bande passante BP2, se propagent jusqu'à la cavité 156.

Etant donné la directivité du diagramme de rayonnement de l'antenne 140 pour la fréquence fT1, seules les ondes électromagnétiques à la fréquence fT1 et sensiblement perpendiculaires à la surface extérieure 158, sont transmises jusqu'à l'élément d'excitation 160. Au contraire, étant donné que, pour la fréquence fT2, l'antenne 140 est pratiquement omnidirectionnelle dans

un demi-espace, la direction de réception des ondes électromagnétiques à la fréquence fT2 sur la surface extérieure est pratiquement quelconque.

A l'intérieur de la cavité 156, l'élément d'excitation 160 transforme les ondes électromagnétiques à la fréquence fT1 en des signaux électriques transmis au générateur/récepteur 164. L'élément d'excitation 162 agit de façon identique pour les ondes électromagnétiques à la fréquence fT2.

Ainsi, l'antenne 140 présente les caractéristiques d'une antenne multifonctions, c'est-à-dire d'tre apte à travailler à deux fréquences différentes et d'avoir, pour chaque fréquence de travail, un diagramme de rayonnement particulier. Ici, l'antenne 140 est directive pour la fréquence de travail fT1 et omnidirectionnelle dans un demi-espace pour la fréquence fT2.

La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation d'une antenne multi-bandes de fréquences 170 comportant un matériau BIP 172 associé à un plan métallique 174 réflecteur d'ondes électromagnétiques.

Dans ce mode de réalisation, le matériau BIP est agencé de manière à présenter plusieurs bandes non passantes séparées les unes des autres par de larges bandes où les ondes électromagnétiques ne sont pas absorbées.

La figure 5 représente l'évolution du coefficient de transmission de cette antenne 140 et, en particulier, deux bandes non passantes B1 et B2 du mme matériau BIP 172. La bande non passante B1 est centrée sur une fréquence fo et la bande non passante B2 est centrée sur un multiple entier de fo, ici 2 fo.

Des matériaux BIP présentant plusieurs bandes non passantes sont connus et l'agencement de ce matériau 172 pour créer ces bandes non passantes ne sera pas décrit ici.

Le matériau BIP 172 comporte, de façon similaire au matériau BIP 142, une rupture de périodicité de ses caractéristiques géométriques formant une cavité parallélépipédique résonante 180 ayant une hauteur constante G.

La hauteur G est ici déterminée de manière à créer une bande passante étroite Ei sensiblement au milieu de la bande non passante B1 et une bande passante E2 sensiblement placée au milieu de la bande non passante B2. Ici, la bande passante Ei est centrée sur la fréquence fondamentale fo

sensiblement égale à 13 GHz. La bande passante étroite E2 est centrée sur une fréquence fi égale à un multiple entier de la fréquence fondamentale fo. Cette fréquence fi est ici sensiblement égale à 26 GHz.

Finalement, par exemple, un seul élément d'excitation 190 est placé sur le plan réflecteur 174 à l'intérieur de la cavité 180. Cet élément d'excitation 190 est propre à émettre et/ou à recevoir des ondes électromagnétiques à des fréquences de travail fT1 et fT2. Ces fréquences fT1 et fT2 sont propres toutes les deux à exciter le mme mode de résonance de la cavité 180, par exemple ici, le mode de résonance TMo, de manière à présenter, pour chacune de ces fréquences, pratiquement le mme diagramme de rayonnement. Toutefois, ces fréquences fT1 et fT2 sont comprises respectivement dans les bandes passantes Ei et E2.

Dans ce mode de réalisation, l'élément d'excitation 190 est une antenne plaque ou patch rectangulaire, équipée de deux accès 192,194 raccordés à un générateur/récepteur 196 de signaux électriques. Les accès 192 et 194 sont propres à exciter deux polarisations, de préférence deux polarisations orthogonales entre elles, de l'élément d'excitation 190. Ici, les accès 192 et 194 sont destinés à recevoir et/ou émettre les signaux respectivement aux fréquences fT2 et fT1.

Cette antenne 170, de façon similaire à l'antenne 140, exploite le fait qu'un mme défaut crée plusieurs bandes passantes étroites centrées sur des fréquences multiples entiers d'une fréquence fondamentale. Toutefois, dans ce mode de réalisation, un seul élément d'excitation est utilisé pour travailler simultanément aux deux fréquences de travail fT1 et fT2. De plus, dans ce mode de réalisation, les ondes électromagnétiques émises aux fréquences fT1 et fT2 sont polarisées de façon orthogonale l'une par rapport à l'autre pour limiter les interférences entre ces deux fréquences de travail.

Le fonctionnement de cette antenne 170 découle de celui décrit pour l'antenne 140.

L'antenne 170 décrite ici est une antenne multi-bandes, c'est-à-dire apte à travailler à plusieurs fréquences différentes, mais présentant, pour chaque fréquence de travail, le mme diagramme de rayonnement.

En variante, les éléments d'excitation 160 et 162 de l'antenne 140 sont remplacés par un seul élément d'excitation apte à travailler simultanément aux fréquences fez et fT2. Cet unique élément d'excitation est, par exemple, identique à l'élément d'excitation 190. Réciproquement, l'élément d'excitation 190 de l'antenne 170 est remplacé, en variante, par deux éléments d'excitation distincts et indépendants l'un de l'autre aptes respectivement à travailler à la fréquence fT1 et fT2. Ces deux éléments d'excitation sont, par exemple, identiques aux éléments d'excitation 160 et 162.