DOMAINE TECHNIQUE GENERAL

L' invention concerne le dom aine des télécom m un ications et particulièrement celui des antennes imprimées pour les réseaux cellulaires mobiles. Elle concerne une antenne imprimée et notamment une antenne imprimée optiquement transparente dont les plans métal liques sont constitués par un dépôt conducteur optiquement transparent, de préférence en forme de grille et imprimé sur des substrats de préférence en verre et elle concerne également un ensemble antennaire comprenant plusieurs antennes optiquement transparentes. ETAT DE LA TECHNIQUE

Une antenne imprimée comprend habituellement un plan de masse, un plan de rayonnement comprenant un ou plusieurs éléments rayonnants et un substrat diélectrique (par exemple de l'air) interposé entre le plan de masse et le plan de rayonnement.

L'élément rayonnant (en anglais, « patch ») est habituellement constitué d'une surface conductrice imprimée sur le plan de rayonnement et alimentée par une ligne micro-ruban (en anglais, « microstrip ») imprimée sur le plan de rayonnement ou bien sur un autre plan disposé entre le plan de masse et le plan de rayonnement ou encore par accès coaxial sous l'antenne.

Une association en réseau de telles antennes permet d'obtenir une meilleure directivité. En revanche la bande passante relative reste limitée à quelques pourcents et la double polarisation n'est possible qu'avec deux réseaux linéaires disposés l'un à côté de l'autre ce qui implique de disposer d'un panneau de plus grandes dimensions. PRESENTATION DE L'INVENTION

L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients.

A cet effet, l'invention propose une antenne optiquement transparente comprenant : un substrat inférieur supportant le plan de masse de l'antenne ; un substrat intermédiaire ; un substrat supérieur ; le substrat intermédiaire étant disposé entre le substrat inférieur et le substrat supérieur, les substrats étant optiquement transparents et de préférence en verre; l'antenne étant caractérisée en ce que le plan de masse comprend un dépôt conducteur optiquement transparent, le dépôt conducteur étant le plan de masse en face du substrat intermédiaire ; et en ce que l'antenne comprend en outre :

- un ensemble rayonnant disposé entre le substrat intermédiaire et le substrat supérieur ;

- deux lignes de transm ission formées par un dépôt conducteur optiquement transparent sur la surface du substrat intermédiaire en face du plan de masse et qui s'étendent respectivement de deux bords opposés du substrat intermédiaire vers l'ensemble rayonnant de manière à ce que lorsque les lignes de transm ission sont alimentées, elles provoquent un rayonnement de l'ensemble rayonnant.

L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur com binaison techniquement possible :

- l'ensemble rayonnant est constitué de deux pastilles :

- une première pastille formée par un dépôt conducteur optiquement transparent disposé sur la surface du substrat intermédiaire en face du substrat supérieur ;

- une seconde pastille formée par un dépôt conducteur optiquement transparent disposée sur la surface du substrat supérieur en face du substrat intermédiaire, les première et seconde pastilles étant l'une en face de l'autre, les dimensions de la seconde pastille étant inférieures à celles de la première pastille ; - l'ensemble rayonnant est constitué de :

- un substrat support comprenant une première pastille formée par un dépôt conducteur optiquement transparent disposé sur la surface du substrat support en face su substrat supérieur ;

- une seconde pastille formée par un dépôt conducteur optiquement transparent disposée sur la surface du substrat supérieur en face du substrat support, les première et seconde pastilles étant l'une en face de l'autre, les dimensions de la seconde pastille étant inférieures à celles de la première pastille ;

- les première et seconde pastilles sont des patchs carrés, la longueur du côté L_P1 de la remière pastille étant donnée par

o ù f _min et f _max sont respectivement les fréquences m inimale et maximale de la bande passante voulue pour le fonctionnement voulu et où Sh eff est la permittivité relative effective du substrat intermédiaire entourant la première pastille, dans laquelle s _r i eff < ε _Γ ι avec ε _Γ ι la perm ittivité relative du substrat intermédiaire et dans laquelle la long ueu r du côté L_P2 de la seconde pasti l le est te l le q ue L_P2<L_P1 ;

- l'ensemble rayonnant est constitué en outre d'une troisième pastille formée par un dépôt conducteur sur la surface du substrat support en face du plan intermédiaire, les dimensions de la troisième pastille étant supérieures à celles des première et seconde pastilles ;

- les première, seconde et troisième pastilles sont des patchs carrés, la longueur du côté L_P3 de la troisième pastille étant donnée par

150000

L P3 : o ù f _min et f _max sont respectivement les fréquences m inimale et maximale de la bande passante voulue pour le fonctionnement voulu et où Sh eff est la permittivité relative effective du substrat support entourant la troisième pastille et dans laquelle s _r i _e ff < ε _Γ ι avec ε _Γ ι la permittivité relative du substrat support, dans laquelle la longueur du côté L_P1 de la première pastille est telle que L_P 1 < L_P3 et la longueur du côté L_P2 de la deuxième pastille est telle que L_P2 < L_P1 ;

- la surface du substrat intermédiaire en face du substrat support comprend un dépôt conducteur optiquement transparent dans lequel deux fentes ont été formées par enlèvement du dépôt conducteur selon un motif déterm iné, ladite surface du substrat intermédiaire agissant comme plan de masse additionnel pour l'antenne ;

- les fentes sont en forme de H orientés selon un angle de 45° l'un par rapport à l'autre et dans laquelle les lignes de transmission s'étendent respectivem ent à parti r de deux bords opposés du substrat intermédiaire et se terminent en chevauchant la barre du H des fentes au-dessous ;

- les pastilles sont des patchs carrés et dans laquelle les lignes de transm ission s'étendent respectivement à partir de deux bords opposés du substrat intermédiaire se terminent au-dessous de la pastille disposée au-dessus du substrat intermédiaire uniquement ;

- elle comprend un cadre métallique pour maintenir en position le plan de masse, les substrats inférieur et supérieur ;

- le substrat supérieur comprend une couronne formé par un dépôt optiquement transparent encadrant la seconde pastille ;

- le cadre métallique est en contact électrique avec la couronne.

L'invention concerne également un ensemble d'antennes optiquement transparentes com prenant u ne p l ural ité d' antennes optiq uem ent transparentes selon l'invention disposées en réseau linéaire et dans lequel le plan de masse de chaque antenne est formé sur un substrat commun à toutes les antennes, le substrat intermédiaire de chaque antenne est défini à partir d'un substrat commun à toutes les antennes, le substrat supérieur de chaque antenne est défini à partir d'un substrat com mun à toutes les antennes.

L'ensem ble d'antennes de l' invention peut com prendre deux dispositifs déphaseurs, chaque déphaseur disposant d'une entrée et de n sorties, n étant un nombre inférieur ou égal au nombre d'antennes, inséré entre un accès coaxial et les lignes microrubans alimentant l'une des deux polarisations des antennes isolés ou groupés deux à deux et muni d'un dispositif manuel et électrique de déphasage progressif des éléments rayonnants les dispositifs déphaseur étant disposés l'un en face de l'autre.

En outre, l'ensemble d'antennes de l'invention peut comprendre deux dispositifs déphaseurs transparents, pris en sandwich entre le substrat inférieur et le substrat supérieur, les dispositifs déphaseur étant disposés l'un en face de l'autre.

L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une antenne optiquement transparente selon l'invention, comprenant des étapes de :

- fourniture d'un substrat inférieur supportant un plan de masse, d'un substrat intermédiaire et d'un substrat supérieur, les substrats étant optiquement transparents et de préférence en verre, le substrat intermédiaire étant destiné à être disposé entre le substrat supportant le plan de masse et le substrat supérieur ;

- fourniture d'un ensemble rayonnant destiné à être disposé entre le substrat intermédiaire et le substrat supérieur ;

- dépôt d'un matériau conducteur optique transparent sur le substrat inférieur, ledit dépôt formant le plan de masse ;

- dépôt d'un matériau conducteur optiquement transparent sur la surface du substrat intermédiaire en face du plan de masse pour définir deux lignes de transmission qui s'étendent respectivement de deux bords opposés du substrat intermédiaire vers l'ensemble rayonnant de manière à ce que lorsque les lignes de transmission sont alimentées, elles provoquent un rayonnement de l'ensemble rayonnant.

Enfin, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un ensemble d'antennes optiquement transparentes comprenant une pluralité d'antennes optiquement transparentes selon l'invention disposées en réseau linéaire et dans lequel les plans de masses de chaque antenne sont formés sur un substrat com m un à toutes les antennes et dans lequel les substrats intermédiaires et supérieurs sont respectivement formés par un substrat commun à toutes les antennes,

L'invention présente de nombreux avantages.

L'antenne de l'invention est à large bande, c'est-à-dire jusqu'à environ 45 % de bande passante relative et à double polarisation permettant l'association de plusieurs antennes, sous la forme d'un réseau linéaire pour former une antenne panneau, directive et à la double polarisation.

L'utilisation de ce type d'antennes permet l'implantation des stations de base des réseaux radio cellulaires dans les zones à fort trafic des terminaux mobiles tout en conservant l'architecture urbaine :

- par l'intégration des antennes-panneaux sur les façades des bâtiments historiques ou protégés ;

- par la fusion des antennes-panneaux dans les panneaux vitrés des bâtiments contemporains.

PRESENTATION DES FIGURES

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

- la figu re 1 i l l ustre u ne vue trid im ens ionnel le d' une antenne optiquement transparente selon un premier mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 2 illustre une vue en coupe d'une antenne optiquement transparente selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 illustre une vue de dessus de l'antenne optiquement transparente de la figure 1 ;

- la figure 4 i l l ustre une vue trid im ensionnel le d' une antenne optiquement transparente selon un second mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 5 illustre une vue en coupe d'une antenne optiquement transparente selon un second mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 6 illustre une vue de dessus d'une antenne optiquement transparente selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 illustre une vue en coupe d'une antenne optiquement transparente selon un troisième mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 8 illustre une vue de dessus du plan de masse de l'antenne optiquement transparente selon le premier mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 9 illustre une vue de dessus du substrat intermédiaire de l'antenne optiquement transparente selon le premier mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 10 illustre une vue de dessous du substrat intermédiaire de l'antenne optiquement transparente de l'invention ;

- la figure 1 1 illustre une vue de dessous du substrat supérieur de l'antenne optiquement transparente de l'invention ;

- la figure 12 illustre une vue de dessous du substrat intermédiaire de l'antenne optiquement transparente selon les deuxième et troisième modes de réalisation de l'invention ;

- la figure 13 illustre une vue de dessus du substrat support de l'antenne optiquement transparente selon les deuxième et troisième modes de réalisation de l'invention ;

- la figure 1 4 illustre une vue de dessous du substrat support de l'antenne optiquement transparente selon le troisième mode de réalisation de l'invention ; - les figures 15a et 15b illustrent deux configurations d'un ensemble antennaires d'anten nes optiquem ent transparentes selon l'invention ;

- les figures 16a, 16b et 16c illustrent différentes configurations et les performances correspondantes de l'ensemble d'antennes de l'invention.

Sur l'ensem ble des figures, les éléments sim i laires portent des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

On entend dans la description qui suit par matériau « optiquement transparent » un matériau qui est transparent dans au moins une partie du domaine de la lumière visible, laissant passer au moins environ 30% de cette lumière, et de préférence plus de 60% de la lumière.

Description générale de l'antenne optiquement transparente

De manière générale, l'antenne de l'invention comprend un substrat inférieur 10 supportant le plan de masse de l'antenne ; un substrat intermédiaire 20 et un substrat supérieur 30. Le substrat intermédiaire 20 est disposé entre le substrat inférieur 10 et le substrat supérieur 30. En outre, le plan de masse déposé sur le substrat inférieur 1 0 comprend un dépôt conducteur 100 (voir la figure 8) optiquement transparent, le dépôt conducteur 100 étant sur la surface de 10 en face du substrat intermédiaire 20.

L'antenne comprend en outre des parois métalliques 50a, 50b, 50'a, 50'b entourant les substrats 10, 20 et 30, établissant un contact électrique direct entre les dépôts conducteurs 100 et 300'.

L'antenne comprend en outre un ensemble rayonnant 200, 300, 400, 400', 40 disposé entre le substrat intermédiaire 20 et le substrat supérieur et deux lignes de transmission 200a, 200b formées par un dépôt conducteur optiquement transparent sur la surface du substrat intermédiaire 20 en face du plan de masse 100 et qui s'étendent respectivement de deux bords opposés du substrat intermédiaire 20 vers l'ensemble rayonnant de manière à ce que lorsque les lignes de transm ission 200a, 200b sont alimentées, elles provoquent un rayonnement de cet ensemble rayonnant.

L'ensemble rayonnant peut prendre différentes formes en fonction des applications visées.

1 ^er mode de réalisation : Antenne imprimée optiquement transparente à deux pastilles

Selon un prem ier mode de réalisation de l' invention, l'antenne imprimée optiquement transparente comprend deux pastilles.

L'élément rayonnant est constitué par une prem ière pastille 200 formée par un dépôt conducteur optiquement transparent disposé sur la surface du substrat intermédiaire 20 en face du substrat supérieur 30 et une seconde pastil le 300 form ée par un dépôt conducteur optiquement transparent disposée sur la surface du substrat supérieur 30 en face du substrat intermédiaire 20, les première et seconde pastilles étant l'une en face de l'autre, les dimensions de la seconde pastille 300 étant inférieures à celles de la première pastille 200 (voir les figures 1 et 2).

Pour assurer l'alimentation, elle comprend deux lignes de transmission 200a, 200b formées par un dépôt conducteur optiquement transparent sur la surface du substrat intermédiaire 20 en face du plan de masse 100 et qui s'étendent respectivement de deux bords opposés du substrat intermédiaire 20 vers le centre du substrat intermédiaire 20 de manière à ce que lorsque les lignes de transmission 200a, 200b sont alimentées, elles provoquent un rayonnement des première et seconde pastilles 200, 300 situées au-dessus.

Selon ce mode de réalisation, les deux lignes de transmission 200a, 200b sont des lignes de transmission « micro ruban inversées », c'est-à-dire imprimées sous le substrat intermédiaire 20 en ayant comme plan de masse le dépôt conducteur 100. En outre, l'antenne comprend des accès Aa, Ab pour alimenter en énergie les lignes de transmission 200a, 200b. Ces accès sont notamment des accès coaxiaux.

L'antenne comprend en outre des parois métalliques 50a, 50b, 50'a, 50'b aux extrém ités des substrats 1 0, 20 et 30, établissant un contact électrique direct entre les dépôts conducteurs 100 et 300'.

En particulier, l'antenne comprend quatre parois 50a, 50b, 50'a, 50'b deux parois 50a, 50'a disposées entre le substrat supérieur 30 et le substrat intermédiaire 20 de part et d'autres des lignes de transmission 200a, 200b de manière à laisser un dégagement entre les lignes de transmission 200a, 200b. Au niveau des lignes de transmission 200a, 200b les parois 50a, et 50'a sont espacées d'un espacement D.

De la même manière, deux parois 50b, 50'b sont disposées entre le substrat inférieur 10 et le substrat intermédiaire 20 avec un dégagement au niveau des lignes de transmission 200a, 200b.

De manière préférée, la première pastille 200 et la seconde pastille 300 sont des patchs carrés et les lignes de transm ission 200a, 200b s'étendent respectivement à partir de deux bords opposés du substrat intermédiaire 20 et se terminent au-dessous de la première 200 pastille uniquement (voir la figure 3).

De cette façon, en fonctionnement, les l ignes de transm ission alimentent la première pastille 200 et la seconde pastille 300 agit alors comme un élément parasite. Les deux modes électromagnétiques TM01 et TM10 engendrés par la résonance de la première pastille 200 créent deux champs électriques à polarisations linéaires vers la pastille 300, polarisés avec la même orientation crée par les bords des deux lignes d'alimentation, ces champs étant orthogonaux entre eux.

En fonctionnement, les deux pasti lles associées permettent à l'élément rayonnent de présenter une large bande passante et la possibilité d'intégrer deux polarisations, sans ajouter d'éléments supplémentaires. Cette configuration permet notamment de disposer d'un ensemble d'antennes transparentes plus étroit avec une seule rangée d'éléments bipolarisés (au lieu de deux rangées) et de fonctionner dans une bande élargie englobant par exemple deux bandes de fréquence des réseaux cellulaires, à savoir le DCS 1800 dans la bande 1700 -1900 MHz et la 3G 2100 dans la bande 1900 -2200 MHz, soit une seule antenne pour la bande élargie 1700-2200 MHz.

Le fonctionnement des dites pastilles à large bande est également valable pour d' autres bandes de fonction nem ent d u spectre de télécommunications.

Les dimensions des pastilles sont fixées de manière relative. Les dimensions de la première pastille 200 sont fonction du milieu dans lequel celle-ci est excitée.

Connaissant les fréquences d ' ut i l i sat i on , le su pport , et les caractéristiques électriques de l'alimentation de la première pastille 200 et en supposant que la première pastille a une géométrie carrée, la longueur d'un côté L_P1 est approximativement donnée par :

(Equation 1 )

avec

sr _ff < ^s n (Equation 2)

Il est à noter que contrairement à la première pastille 200, il n'y a pas de formule permettant d'approximer le dimensionnement de la seconde pastille. En effet, l'alimentation de la seconde pastille 300 est plus complexe, car elle ne s'appuie pas sur une ligne de transmission, mais sur un couplage électromagnétique avec la première pastille 200.

La contrainte est que la seconde pastille 300 ayant une géométrie carrée (patch carré) la relation entre la longueur d'un côté L_P2 de la seconde pastille 300 et la longueur d'un côté L_P1 de la première pastille 200 est donnée par : L_P2 < L_P1 (Equation 3)

Le tableau ci-dessous décrit à titre d'exemple les paramètres de dimensionnement pour un fonctionnement dans la bande DCS-UMTS (1700 - 2200 MHz).

En outre, le substrat intermédiaire 20 et le substrat supérieur 30, de préférence en verre, présentent tous les deux une épaisseur de 3,3 mm et une permittivité relative de 4,7 pour un fonctionnement dans les bandes ci- dessus.

Par ailleurs, la face supérieure du substrat inférieur 10 et la face inférieure du substrat intermédiaire 20 sont espacées par un diélectrique qui est de l'air d'épaisseur 3,3 mm. La face supérieure du substrat intermédiaire 20 et la face inférieure du substrat supérieur 30 sont espacées par un diélectrique qui est de l'air d'épaisseur 14 mm. 2 mode de réalisation : Antenne imprimée optiquement transparente à deux pastilles avec substrat support

Selon un second mode de réal isation de l' invention, l'antenne imprimée optiquement transparente comporte deux pastilles avec un substrat support.

L'élément rayonnant est constitué d'un substrat support 40 suspendu aux extrémités par des entretoises non conductrices (non représentées). Il est de préférence en verre, est disposé entre le substrat intermédiaire 20 et le substrat supérieur 30 et comprend une première pastille 400 formée par un dépôt conducteur optiquement transparent disposé sur la surface du substrat support 40 en face du substrat supérieur 30 ainsi qu'une seconde pastille 300 formée par un dépôt conducteur optiquement transparent disposée sur la surface du substrat supérieur 30 en face du substrat support 40, les première et seconde pastilles 400 et 300 étant l'une en face de l'autre, les dimensions de la seconde pastille 300 étant inférieures à celles de la première pastille 400 (voir les figures 4 et 5).

Par ailleurs, pour assurer l'alimentation, elle comprend un dépôt conducteur optiquement transparent 210 sur le substrat intermédiaire 20 et en face du substrat 40. Deux fentes 210a, 210b ont été formées par enlèvement du dépôt conducteur 210 selon un motif déterminé.

Ce dépôt conducteur optiquement transparent 210 ainsi formé fait office de plan de masse additionnel pour l'antenne.

Sur la surface du substrat intermédiaire 20 en face du plan de masse 10, deux l ignes de transm ission 200a, 200b formées par un dépôt conducteur optiquement transparent s'étendent respectivement de deux bords opposés du substrat intermédiaire 20 vers le centre du substrat intermédiaire 20 de manière à ce que lorsque les lignes de transm ission 200a, 200b sont alimentées, elles établissent un couplage électromagnétique proche avec les fentes respectives 210a et 210b, provoquant à leur tour un rayonnement des première et seconde pastilles au-dessus. Les lignes de transmission sont des lignes micro-ruban classiques (en anglais, « microstrip line ») en moyenne 50% plus compacte que la ligne m icroruban inversée du prem ier mode de réal isation . Cette l igne de transm ission ne dégrade pas le rayonnement de l'antenne car elle est masquée par le dépôt conducteur 210.

De la même manière que pour le premier mode de réalisation l'antenne comprend deux parois 50b, 50'b qui sont disposées entre le substrat inférieur 10 et le substrat intermédiaire 20 avec un dégagement au niveau des lignes de transmission 200a, 200b (voir description détaillée ci- dessus).

Dans ce mode de réalisation, le couplage entre les lignes de transmission 200a, 200b et les pastilles est indirect et est réalisé via les deux fentes 210a, 210b obtenues par enlèvement du dépôt conducteur 210 selon le motif déterminé ou toute autre géométrie.

De cette façon, le champ transmis aux éléments rayonnants est d'une haute pureté de polarisation. Et un placement judicieux des deux fentes permet d'atteindre une isolation importante entre les deux lignes 200a et 200b permettant de disposer entre les deux accès coaxiaux de l'antenne complète un niveau d'isolation élevée (de l'ordre de 40dB). La géométrie des fentes 210a, 210b peut varier en fonction des exigences (compromis bande passante, isolation entre voies).

Par rapport au premier mode de réalisation, l'antenne selon le second mode de réalisation permet de disposer d'une pureté de polarisation supérieure du fait de l'existence d'un dépôt conducteur masquant le rayonnement parasite et d'un mécanisme d'alimentation qui repose cette fois-ci sur un couplage par ouvertures dans le plan de masse.

Le principe de dimensionnement des pastilles est identique à celui du premier mode de réalisation. Le dimensionnement des première et seconde pastilles s'appuie également sur les équations 1 à 3, et sur les paramètres présentés dans le tableau précédemment décrit. A titre indicatif, les substrats inférieur 10, intermédiaire 20, supérieur 30, et support 40 ont des épaisseurs respectives de 7 mm, 3,3mm, 2 mm et 3,3 mm, et sont réalisés à partir de matériaux optiquement transparents, ici du verre. La face supérieure du substrat inférieur 10 et la face inférieure du substrat intermédiaire 20 sont espacés par 3.3 mm d'air. La face supérieure du substrat intermédiaire 20 et la face inférieure du substrat support 40 sont espacés de 3.3 mm d'air. La face supérieure du substrat intermédiaire 20 et la face inférieure du substrat supérieur 30 sont espacés de 18 mm d'air. 3 ^eme mode de réalisation : Antenne imprimée optiquement transparente à trois pastilles avec substrat support

Selon un troisième mode de réalisation de l' invention, l'antenne imprimée optiquement comporte trois pastilles avec un substrat support.

L'antenne optique imprimée optiquement transparente correspond à celle du second mode de réalisation et est telle que l'ensemble rayonnant comprend en plus des éléments de l'ensemble rayonnant du seconde mode de réalisation, une troisième pastille 400' formée par un dépôt conducteur sur la surface du substrat support 40 en face du substrat intermédiaire 20, les dimensions de la troisième pastille 400' étant supérieures à celles des première et seconde pastilles 400 et 300 (voir la figure 7).

Dans ce mode de réalisation lorsque les lignes de transmission 200a, 200b sont alimentées, elles établissent un couplage électromagnétique proche avec les fentes respectives 210a et 210b, provoquant à leur tour un rayonnement des première et seconde pastilles au-dessus.

Ici encore, le principe de dimensionnement des première, seconde et troisième pastilles de l'élément rayonnant est le même que celui utilisé précédemment, bien que le nombre de pastilles diffère.

L'antenne de ce mode de réalisation permet d'élargir la bande passante du seconde mode de réalisation.

En considérant la troisième pastille 400' carrée, la longueur du côté

L_P3 de la troisième pastille 400' est donnée par avec :

^S r\ ^{< S} r\

Et comme précédemment, les longueurs des pastilles supérieures au- dessus de la troisième pastille sont successivement décroissantes, en considérant que les première et deuxième pastilles 400 et 300 sont à géométrie carrée (patch carré).

Entre la longueur d'un côté L_P1 de la première pastille 400 et la longueur d'un côté L_P3 de la troisième pastille 400' on a :

L _P\ < L _ P3

Et entre la longueur d'un côté L_P2 de la deuxième pastille 300 et la longueur d'un côté L_P1 de la première pastille 400, on a

L P2 < L P\

Le tableau ci-dessous décrit à titre d'exemple les paramètres de dimensionnement pour un fonctionnement dans la bande DCS-UMTS-LTE (1700 - 2700 MHz).

Paramètre Description Unité Valeur

Longueur du côté de

L _P3 la troisième pastille mm 32

400'

Longueur du côté de

L Pl la première pastille mm 45

400

Longueur du côté de

L _P2 la deuxième pastille mm 38

300

Permittivité relative

effective du milieu Sans unité 3,17 entourant le substrat support 40

Permittivité relative du

Sans unité

substrat support 40 4,7

Fréquence minimale

de la bande passante MHz 1700 MHz

J f mi .n

voulue

Fréquence maximale

de la bande passante MHz 2700 MHz

J f max

voulue

Le fonctionnement des dites pastil es à très large bande est également valable pour d'autres bandes de foncti on ne m ent d u spectre de télécommunications.

A titre indicatif, les substrats inférieur 10, intermédiaire 20, supérieur 30, et support 40 ont des épaisseurs respectives de 7 mm, 3,3mm , 2 mm et 3,3 mm, et sont réalisés à partir de matériaux optiquement transparents, ici du verre. La face supérieure du substrat inférieur 10 et la face inférieure du substrat intermédiaire 20 sont espacés par 3.3 mm d'air. La face supérieure du substrat intermédiaire 20 et la face inférieure du substrat support 40 sont espacés de 3.3 mm d'air. La face supérieure du substrat intermédiaire 20 et la face inférieure du substrat supérieur 30 sont espacés de 18 mm d'air.

Couronne

Quel que soit le mode de réalisation, l'antenne peut comprendre une couronne 300' formée par un dépôt optiquement transparent encadrant la pastille 300.

La couronne permet de maîtriser l'ouverture du diagram me de rayonnement dans le plan horizontal de l'antenne. Sa géométrie est définie par deux paramètres : la largeur W_C de la couronne et la largeur de son ouverture 0_C. L'ouverture de la couronne 0_C est approximée par :

La largeur de la couronne W_C, quant à elle, est approximée par :

Le tableau ci-dessous décrit à titre d'exemple les paramètres de dimensionnement le 1 ^er mode de réalisation.

Ensemble antennaire

Des antennes selon l'un quelconque des modes de réalisation ci- dessus décrit peuvent constituer les éléments rayonnants d'un réseau d'antennes.

Les figures 15a et 15b illustrent un ensemble antennaire de dix antennes A1 , A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10 (schématisés par des traits discontinus) agencées selon un réseau linéaire (l'une en dessous de l'autre).

Comme cela est illustré sur ces figures, l'ensemble antennaire comprend un panneau inférieur formant le plan de masse 10, un panneau intermédiaire 20 correspondant au substrat intermédiaire, éventuellement un panneau support 40 correspondant au substrat support ainsi qu'un panneau supérieur correspondant au substrat supérieur 30.

Le réseau est linéaire et comprend deux accès Sa, Sb indépendants alimentant deux côtés de chaque antenne permettent d'obtenir une double polarisation linéaire et orthogonale. Chaque élément rayonnant de chaque antenne comprend deux lignes de transmissions, chaque ligne étant connectée directement ou par l'intermédiaire d'un coupleur en « Y » via des lignes microrubans 51 a, 51 b, 52a, 52b, 53a, 53b, 54a, 54b, 55a, 55b regroupant deux antennes et imprimé sur le même substrat, à un dispositif déphaseur ϋφ, ϋ'φ, le réseau d'antennes disposant d'un dispositif déphaseur ϋφ, ϋ'φ par polarisation.

Les lignes microrubans 51 a, 51 b, 52a, 52b, 53a, 53b, 54a, 54b, 55a, 55b sont constituées par un dépôt conducteur optiquement transparent.

Chaque dispositif déphaseur ϋφ, ϋ'φ dispose d'une sortie coaxiale en connectique 7/16' via un câble coaxial 60a, 60b à faibles pertes.

On rappelle qu'un dispositif déphaseur ϋφ, ϋ'φ est un dispositif qui permet d'incliner le lobe principal de rayonnement du réseau vers le sol (selon les flèches représentées sur les figures 1 5a et 1 5b) sur les deux polarisations, cette fonctionnalité est aussi désignée par son nom anglais « tilt ».

Le tilt est utilisé pour réduire les brouillages entre les cellules des différentes stations de base lorsque le réseau d'antennes a cette fonction, tout en optimisant leur couverture radio établissant un compromis entre le niveau de brouillage entre les cellules et la couverture radio. En m ilieu urbain, le tilt est normalement compris entre 2° et 8° mais il existe des plages importantes pouvant aller jusqu'à 14°.

Les dispositifs déphaseurs ϋφ, ϋ'φ sont conçus de manière à être logés le long des deux grands côtés du réseau pour minimiser leur impact visuel.

Chaque dispositif déphaseur ϋφ ϋ'φ est lié à un dispositif de deux tiges 70, 70' constituées d'un matériau diélectrique différent de l'air associées à un moteur M. Le moteur M est un moteur électrique appelé aussi RET pour « Remote Electrical Tilt ») qui est classiquement commandé à partir d'un système de supervision de plusieurs ensembles antennaires. Le moteur M est logé dans l'une des extrémités du réseau d'antennes dans une zone dégagée du verre intermédiaire et entre les deux connecteurs S coaxiaux 7/16'.

Le déphasage est obtenu en faisant modifier le milieu diélectrique des lignes de transmission à l'intérieur du déphaseur par la pénétration des tiges 70, 70'.

En particulier en actionnant la crémaillère 90 (manuellement ou via le moteur M disposant d'une molette 80), les deux tiges 70, 70' pénètrent dans les déphaseurs (selon les flèches) de manière à produire des variations de phase à la sortie de chaque ligne. Les sorties du milieu ne sont pas affectées par le déphasage ce qui permet de simplifier la mise en place du dispositif déphaseur. De préférence le lobe principal du diagramme de rayonnement de l'ensemble antennaire pourra être incliné en déplaçant les dispositifs déphaseurs selon trois positions POS1 , POS2, POS3.

Afin de réduire d'avantage l'impact visuel de ces déphaseurs il est envisagé de les rendre quasi transparents en utilisant la même association « dépôt conducteur transparent - verre » utilisé pour constituer l'antenne optiquement transparente.

Dans le mode de réalisation de la figure 15b, les l ignes de transmission internes du dispositif déphaseur sont réalisées par des lignes microrubans en dépôt conducteur transparent, de préférence, qui permettent de recevoir de chaque côté le déphaseur ϋφ, ϋ'φ en forme de bloc de verre qui va permettre d'effectuer un changement du m ilieu diélectrique, le déphaseur ϋφ, ϋ'φ est dans ce mode de réalisation transparent. La fonction de déphasage est obtenue par variation du milieu de propagation air/verre. En effet, il est connu que le déphasage d'une ligne de transmission peut être obtenu à partir du changement de milieu de propagation de cette ligne. Le milieu de propagation des lignes de transm ission se verra alors plongé progressivement dans un diélectrique avec une constante s _r qui va varier de 1 à 4,7 (celle du verre c'est-à-dire celle du dispositif déphaseur).

On a illustré sur la figure 16 plusieurs diagrammes de rayonnement pour plusieurs valeurs du déphasage : 2°, 4° et 8°. Comme cela est visible sur cette figure, le diagramme de rayonnement devient de plus en plus incliné lorsque le déphasage augmente.

Dépôt conducteur optiquement transparent

Le plan de masse 10, le substrat intermédiaire 20, le substrat supérieur 30 et le substrat support 40 sont des substrats diélectriques transparents de type verre ou plexiglas.

Les dépôts conducteurs optiquement transparents 1 00, 1 00', 200, 200a, 200b, 300, 300', 400, 400' sont par exemple de l'oxyde d'indium dopé à l'étain ITO ou de l'oxyde d'étain dopé à l'argent AgHT déposé sur un film plastique (par exemple un film en polyester).

Pour am él iorer la transparence on peut rem placer les dépôts conducteurs par un maillage conducteur.

Le maillage utilisé possède un certain nombre de paramètres qui ont une influence sur la transparence optique.

On note que le dimensionnement du maillage peut varier localement selon l'activité électromagnétique de l'élément rayonnant.

A cet effet, on peut se référer à la demande de brevet FR 10/50392, « Antenne imprimée optiquement transparente à plan de masse maillé ».

De même, le maillage des lignes de transmission sera plus resserré pour assurer sa fonction d'alimentation, le resserrement du maillage pouvant être maximal à proximité de la sortie.

On précise que le maillage conducteur est par exemple réalisé en fer, nickel, chrome, titane, tantale, molybdène, étain, indium, zinc, tungstène, platine, manganèse, magnésium, plomb, de préférence en argent, cuivre, or ou aluminium ou alliage de métaux choisi selon la conductivité électrique. Il prend typiquement la forme d'une grille dont le ratio entre la dimension des ouvertures de la maille et la largeur des pistes de la maille définit le niveau de transparence optique du plan de masse, de la ligne d'alimentation du plan d'alimentation et du plan de rayonnement. Bien entendu, on n'est pas limité à l'utilisation d'un maillage en forme de grille, d'autres formes étant bien entendu envisageables (voir aussi à ce sujet FR 10/50392).

On précise ici que le dimensionnement du maillage est caractérisé par son pas (ou sa périod icité) , par la largeur et l'épaisseur des pistes conductrices (ou par l'ouverture réalisée dans le pas).

Le dépôt conducteur peut être obtenu par différents moyens.

Le dépôt conducteur peut ainsi être constitué d'une feuille métallique (clinquant) ou d'une couche m ince conductrice déposée sur un substrat transparent inorganique (silice, verre, saphir, ... ) ou organique (plexiglas, polyméthylpentène, polycarbonate, polyéthylène téréphtalate, BCB, ... ). On relèvera que l'utilisation de substrats de polymère souple à faibles pertes facilite le transfert de l'antenne sur ou dans les supports adaptés (fenêtre, vitrine, pare-brise de véhicule... ).

Le dépôt conducteur peut être réalisé par voie physique (PVD), par exemple par pulvérisation, évaporation sous vide, ablation laser, etc. ou encore par d'autres voies, par exemple dépôt chimique (argenture, cuivrage, dorure, aluminure, étamage, nickelage, ... ), par sérigraphie, par dépôt électrolytique, par dépôt chimique en phase vapeur (CVD, PECVD, OMCVD, ... ), etc.

Les ouvertures du maillage conducteur dans la feuille ou film métallique peuvent être réal isées par photol ithogravure standard à partir d' un photomasque ou d'un masque transféré par écriture laser sur une réserve et la gravure chimique associée, ou par tampongraphie suivie d'une gravure chimique, ou encore par gravure ionique au travers d'un masque.

Le maillage peut également être directement réalisé par sérigraphie au travers d'un écran (en anglais, « screen printing »), par impression par jet d'une encre conductrice (et recuit associé), par électroformage, par écriture directe via la décomposition sous faisceau laser d'un organométallique, etc. Procédé de fabrication de l'antenne et de l'ensemble correspondant Pour fabriquer l'antenne ci-dessus décrite, un procédé de fabrication comprend des étapes de fourniture d'un substrat inférieur 10 supportant le plan de masse, d'un substrat intermédiaire 20 et d'un substrat supérieur 30, les substrats étant optiquement transparents et de préférence en verre.

Le substrat intermédiaire est destiné à être disposé entre le plan de masse et le substrat supérieur.

En outre, le procédé comprend une étape de fourniture d'un ensemble rayonnant 200, 210, 300, 400, 400', 40 destiné à être disposé entre le substrat intermédiaire (20) et le substrat supérieur (30).

L'ensemble rayonnant est par ailleurs optiquement transparent et peut prendre une des formes ci-dessus décrites.

Puis le procédé com prend une étape de dépôt d' un m atériau conducteur optiquement transparent sur le substrat inférieur de façon à définir le plan de masse.

E nsu ite, vient u ne étape de dépôt d' u n m atériau conducteu r optiquement transparent sur la surface du substrat intermédiaire 20 en face du substrat inférieur 10 pour définir deux lignes de transmission 200a, 200b qui s'étendent respectivement de deux bords opposés du substrat intermédiaire 20.

En outre, le dépôt conducteur formant les lignes de transmission 200a,

200b est tel que lorsque l'ensemble rayonnant sera disposé entre le substrat inférieur et le substrat supérieur et que les lignes de transmission seront alimentés, elles provoquent un rayonnement de l'ensemble rayonnant.

L'ensemble d'antennes est fabriqué de manière similaire, la différence est que les différentes étapes de dépôt du matériau conducteur optiquement transparent permettent de définir le réseau d'antennes : les plans de masse de chaque antenne, les substrats supérieurs et inférieur ainsi que les ensembles rayonnants sont obtenus à partir de substrats optiquement transparents communs à toutes les antennes.