La présente invention concerne une antenne dipôle imprimée multibande pour un réseau de réception et/ou d'émission de signaux de télécommunications, capable de rayonner des champs radioélectriques dans plusieurs bandes de fréquence.

Une telle antenne est par exemple destinée à fonctionner dans une première bande de fréquence d'un réseau cellulaire de radiocommunications selon la norme DCS-1800 et/ou du type CDMA et dans une deuxième bande de fréquence pour un système cellulaire de radiocommunications selon la norme GSM-

900. L'invention peut s'appliquer également au domaine des sondes de mesure.

Selon le brevet français 2 713 020 et l'article intitulé «T Dipôle Arrays for Mobile Applications » de Christian Sabatier, IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 45, No. 6, Décembre 2003, pages 9 à 26, une antenne imprimée comprend un élément conducteur en forme de té qui s'étend sur la partie supérieure d'un substrat diélectrique et qui a une fente axiale séparant deux brins rayonnants du té. L'élément conducteur est alimenté par une ligne d'alimentation coaxiale s 'étendant sur la face inférieure du substrat. Ce dipôle utilise le principe de l'adaptation double stub et une large bande de fréquence . II est connu par ailleurs des antennes multibande qui associent par couplage des brins supplémentaires dans le même plan qu'un brin principal .

D'autres types de fonctionnement multibande peuvent être obtenus par l'introduction de filtres à

éléments localisés, par alimentation en série de plusieurs dipôles ou par déformation d'un brin principal .

L'antenne décrite dans le brevet et l'article précités n'offre qu'un fonctionnement dans une seule bande de fréquence, et toutes les solutions précitées présentent l'inconvénient d'avoir un fonctionnement multifréquence à bande étroite.

La présente invention a pour objectif de concevoir une antenne dipôle imprimée multibande compacte et fonctionnant dans au moins deux bandes de fréquence .

Une antenne dipôle imprimé multibande selon l'invention comprend des premier et deuxième dipôles supportés par un substrat diélectrique et ayant chacun d'une manière connue par le brevet français 2 713 020, un élément conducteur en forme de té, comprenant une jambe et deux brins rayonnants séparés par une fente de couplage ménagée dans la jambe, et une ligne d'alimentation qui peut s'étendre en majeure partie parallèlement à la jambe.

Sur la base d'une structure d'antenne dipôle imprimée avec un fonctionnement mono-bande, l'invention améliore celle-ci par la présence d'un deuxième dipôle dont la jambe et les brins sont respectivement plus longs que la jambe et les brins du premier dipôle. L'antenne selon l'invention est caractérisée par une superposition de la jambe du premier dipôle et d'une base de la jambe du deuxième dipôle, un alignement des fentes de couplage, et une encoche de découplage ménagée dans la jambe du deuxième dipôle et dans laquelle la fente de couplage du premier

dipôle débouche par superposition. De préférence, l'encoche ménagée dans le deuxième dipôle a un fond sensiblement aligné avec la fente du premier dipôle.

Grâce aux caractéristiques précédentes, l'antenne selon l'invention est très compacte tout en offrant un fonctionnement dans des bandes de fréquence différentes. L'antenne peut atteindre un taux d'ondes stationnaires inférieur à 2 sur plus de 50% de la largeur de bande dans chacune des bandes. Par exemple, le premier dipôle rayonne dans les bandes de fréquence de réseaux DCS-1800, UMTS et WLAN et le deuxième dipôle dans la bande de fréquence du réseau GSM-900. L'antenne selon l'invention conserve les performances en bande passante de l'antenne connue selon le brevet français 2 713 020 et offre un gain de place considérable grâce à la superposition des deux dipôles, l'épaisseur de l'antenne étant négligeable devant la longueur ou la largeur de celle-ci. Selon une première réalisation offrant un découplage important entre les dipôles, l'encoche de découplage découvre par superposition complètement la fente de couplage du premier dipôle, et le substrat diélectrique comprend deux couches diélectriques et les lignes d'alimentation des dipôles s'étendent entre des faces en regard des deux couches diélectriques, ou le substrat diélectrique comprend pour chaque dipôle une couche diélectrique ayant des faces supportant respectivement la ligne d'alimentation et l'élément conducteur du dipôle, et une couche diélectrique s 'étendant entre les couches supportant les dipôles .

Selon une autre réalisation, les éléments conducteurs des dipôles s'étendent sur une face commune du substrat diélectrique, la jambe du premier

dipôle et la base de la jambe du deuxième dipôle sont confondues, et les lignes d'alimentation s'étendent sur l'autre face du substrat diélectrique. Cette réalisation a l'avantage de présenter un unique substrat, ce qui procure un gain de place et un encombrement moindre. Pour ces réalisations, un plan métallique peut s'étendre perpendiculairement aux faces du substrat, le dipôle ayant les brins les plus éloignés du plan métallique fonctionnant aux fréquences les plus basses.

L'invention concerne également un réseau d'antennes comprenant plusieurs antennes, chaque antenne imprimée étant supportée par un substrat diélectrique et comprenant des premier et deuxième dipôles ayant chacun un élément conducteur en forme de té et comprenant une jambe et deux brins rayonnants séparés par une fente de couplage ménagée dans la jambe, et une ligne d'alimentation, la jambe et les brins du deuxième dipôle étant respectivement plus longs que la jambe et les brins du premier dipôle .

Le réseau est caractérisé en ce que dans chaque antenne, la jambe du premier dipôle et une base de la jambe du deuxième dipôle sont superposées, les fentes de couplage sont alignées, et une encoche de découplage est ménagée dans la jambe du deuxième dipôle et la fente de couplage du premier dipôle débouche par superposition dans l'encoche de découplage, et les faces des substrats des antennes sont parallèles entre elles et les fentes de couplage des dipôles sont orientées parallèlement.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention, données à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels :

- la figure 1 est une vue de dessus de l'antenne dipôle imprimée bi-bande selon une première réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une coupe prise le long de la ligne II-II de la figure 1;

- les figures 3 et 4 sont des vues de dessus de premier et deuxième dipôles de l'antenne selon la première réalisation; - la figure 5 est une vue en plan des lignes d'alimentation de l'antenne selon la première réalisation;

- la figure 6 est une vue de dessus de l'antenne avec des lignes d'alimentation à accès commun selon une variante de la première réalisation;

- la figure 7 est une coupe prise le long de la ligne VII-VII de la figure 6;

- la figure 8 est une vue de dessus de l'antenne avec des lignes d'alimentation sur des couches diélectriques séparées selon une deuxième réalisation de l'invention;

- la figure 9 est une coupe prise le long de la ligne IX-IX de la figure 8; la figure 10 est une vue de dessus de l'antenne sur un substrat monocouche selon une troisième réalisation de l'invention;

- la figure 11 est une coupe prise le long de la ligne XI-XI de la figure 10;

- la figure 12 est une vue en perspective schématique de l'antenne avec un plan métallique selon une variante de la première réalisation; et la figure 13 est une vue en perspective schématique d'un réseau monodimensionnel d'antennes dipôle imprimées bi-bande selon la première réalisation de l'invention.

Une antenne dipôle imprimée bi-bande selon la première réalisation de l'invention est décrite ci- après en détail en référence aux figures 1 à 5.

L'antenne comprend deux couches rectangulaires de substrat diélectrique empilées CSl et CS2, et deux dipôles imprimés superposés Dl et D2. Les dipôles rayonnent dans des bandes de fréquence différentes BFl et BF2 et ont donc des dimensions différentes. Le premier dipôle Dl, le plus petit, s'étend sur la face inférieure de la première couche CSl et est destiné à rayonner dans une première bande de fréquence BFl comprise à titre d'exemple entre 1,5 et 2,5 GHz environ afin de couvrir une bande combinant les bandes DCS 1800, UMTS et WLAN. Le deuxième dipôle D2 s'étend sur la face supérieure de la deuxième couche CS2 et est destiné à rayonner dans une deuxième bande de fréquence BF2 qui est inférieure à la première bande de fréquence BFl et comprise à titre d'exemple entre 0,7 et 1,0 GHz environ pour couvrir la bande GSM-900. Une ligne d'alimentation imprimée LAl avec duplexeur intégré alimente le premier dipôle Dl, et une ligne d'alimentation imprimée LA2 avec duplexeur intégré alimente le deuxième dipôle D2. Les lignes d'alimentation LAl et LA2 s'étendent entre les faces en regard des première et deuxième couches diélectriques CSl et CS2. Ainsi les faces en regard des couches diélectriques sont les faces opposées aux

faces sur lesquelles s'étendent les dipôles, et toutes les faces des couches sont parallèles entre elles. Les couches CSl et CS2 sont par exemple en un substrat Duroïd avec une permittivité diélectrique relative de 2,2 et une épaisseur voisine de 0,75 mm environ. En variante, les couches CSl et CS2 sont en des substrats de permittivités diélectriques relatives différentes et/ou ont des épaisseurs différentes . Comme montré à la figure 1, chaque dipôle Dl, D2 comprend un élément conducteur plat en forme de té comprenant une jambe Jl, J2 et deux brins latéraux Bl, B2 constitués par des ailes du té perpendiculaires à la jambe et séparés par une fente de couplage FCl, FC2 ménagée axialement au sommet de la jambe. La jambe Jl, J2 constitue un plan de masse pour la ligne d'alimentation correspondante LAl, LA2. Les chants des bases des jambes Jl et J2 sont coplanaires dans un plan perpendiculaire aux couches, et les brins B2 du plus grand dipôle D2 sont situés devant les brins Bl du plus petit dipôle D2 suivant le sens de rayonnement. Les jambes ont par exemple des largeurs identiques et des bords colinéaires en vue de dessus, comme montré aux figures 1 et 2, la plus longue jambe J2 recouvrant la plus courte jambe Jl afin de conférer une compacité élevée à l'antenne. Les brins latéraux Bl, B2 constituent la partie rayonnante de l'élément conducteur. De préférence, les fentes de couplage FCl et FC2 sont de forme rectangulaire et très étroites, par exemple ayant une largeur de 0,5 mm.

Les brins latéraux Bl, B2 de chaque dipôle Dl, D2 ont de préférence des longueurs identiques . La somme des longueurs des brins est sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde correspondant à la

fréquence centrale de la bande de fonctionnement de chaque dipôle. Comme la fréquence centrale de la première bande BFl est supérieure à la fréquence centrale de la deuxième bande BF2, les brins Bl du premier dipôle Dl sont plus courts que les brins B2 deuxième dipôle D2. De même, la longueur de la jambe Jl, J2 est égale à environ la moitié de ladite longueur d'onde, bien que cette longueur de la jambe soit moins critique puisqu'elle n'intervient pas de manière prépondérante dans le rayonnement de l'antenne. La largeur des jambes Jl, J2 est par exemple sensiblement le double de la largeur Wl, W2 des brins latéraux Bl, B2 afin que les jambes recouvrent les lignes d'alimentation LAl et LA2 s ' étendant longitudinalement entre les jambes. Les lignes d'alimentation LAl et LA2 s'étendent parallèlement aux jambes des dipôles Dl et D2 et sont imprimées avec les dipôles en technologie triplaque pour laquelle les jambes Jl et J2 jouent le rôle de plan de masse.

La ligne d'alimentation LAl du premier dipôle Dl s'étend sur la jambe Jl entre une extrémité d'accès ElI et une extrémité en U E12, symétriquement à la ligne LA2 par rapport à un plan longitudinal axial P de l'antenne commun aux jambes et aux fentes de couplage. L'extrémité d'accès ElI est située en bordure de l'antenne et est à relier par un connecteur à un premier générateur de signal à micro- onde pour la bande BFl. L'extrémité en U E12 a une âme croisant perpendiculairement par superposition la fente de couplage FCl et située axialement sous la naissance des brins Bl et est terminée par une branche courte terminale s 'étendant sensiblement parallèlement à la fente de couplage FCl et à

proximité de la ligne d'alimentation LA2. L'extrémité E12 est repliée en U vers la ligne d'alimentation LA2 du deuxième dipôle afin de maintenir une compacité élevée de l'antenne en évitant d'écarter les lignes d'alimentation LAl et LA2 juxtaposées parallèlement entre les couches diélectriques CSl et CS2 et donc d'élargir les jambes Jl et J2, tout en assurant une excitation efficace du brin Bl sur lequel passe l'autre ligne d'alimentation LA2 et donc des deux brins Bl en quart d'onde couplés par une ligne à fente FCl . La longueur de la fente de couplage FCl et les dimensions de l'extrémité en U E12 de la ligne d'alimentation LAl sont choisies afin d'adapter le dipôle Dl sur une large bande BFl . La ligne d'alimentation LA2 du deuxième dipôle D2 s'étend sous la jambe J2 entre une extrémité d'accès E21 et une extrémité coudée à angle droit E22, symétriquement à la ligne LAl. L'extrémité d'accès E21 est située en bordure de l'antenne et à relier par un connecteur à un deuxième générateur de signal à micro-onde pour la bande BF2. L'extrémité en U E22 est terminée par petit tronçon rectiligne situé axialement sous la naissance des brins B2, et croisant perpendiculairement par superposition la fente de couplage FC2 pour s'étendre également sous le brin B2 du même côté du plan longitudinal axial P de l'antenne, et ainsi exciter les deux brins rayonnants B2 en stubs quart d'onde couplés par une ligne à fente FC2.

Une encoche de découplage ED par exemple rectangulaire est prévue dans la jambe J2 du deuxième dipôle D2 (figure 4) s ' étendant sur la jambe Jl du premier dipôle Dl et au delà du sommet de la jambe Jl incluant la fente de couplage Fl du premier dipôle

Dl. L'encoche ED est pratiquée dans le bord de la jambe J2 du deuxième dipôle D2 le plus proche de la ligne d'alimentation LAl et découvre une portion de l'extrémité de ligne E12 depuis la fente de couplage FCl, et sensiblement la fente de couplage FCl elle- même. De préférence, l'encoche ED découvre par superposition complètement la fente de couplage FCl et a un fond qui est situé sensiblement dans un plan perpendiculaire aux couches diélectriques et contenant le côté de la fente de couplage FCl le plus proche de l'autre ligne d'alimentation LA2. Ainsi une projection de la fente de couplage FCl du premier dipôle Dl sur le plan du deuxième dipôle D2 est contenue dans l'encoche de découplage ED. L'encoche de découplage ED découple le plan de masse constitué par la jambe J2 du deuxième dipôle D2 par rapport à la fente de couplage FCl des brins Bl du premier dipôle Dl afin que celui-ci puisse rayonner.

L'antenne dipôle imprimée selon la première réalisation de l'invention réunit d'une manière compacte deux dipôles imprimés superposés et découplés Dl et D2 fonctionnant respectivement dans les bandes de fréquence BFl et BF2, selon le principe de l'adaptation double stub. L'antenne dipôle imprimée s'étend typiquement sur une longueur maximale de 150 mm environ et sur une largeur maximale de 150 mm environ en respectant de préférence une forme carrée, et présente une épaisseur de 1,5 mm environ afin d'offrir un encombrement minimum.

Des mesures ont montré que l'antenne dipôle imprimée décrite ci-dessus offrait un taux d'onde stationnaire inférieur à 2 sur plus de 50% de largeur de bande dans chacune des deux bandes de fréquence BFl et BF2, et garantissait un niveau de découplage

meilleur que -20 dB entre les accès E21 pour bande BFl (GSM) et ElI pour bande BF2 (DCS+UMTS+WLAN) .

Selon une variante de la première réalisation et d'une manière analogue aux figures 1 à 5, les lignes d'alimentation LAIa et LA2a des dipôles DIa et D2a de l'antenne ont une extrémité d'accès commune El, comme montré aux figures 6 et 7. Par exemple l'extrémité d'accès commune El située entre les bases des jambes JIa, J2a des dipôles DIa, D2a est colinéaire à l'une LA2a des lignes d'alimentation, et l'autre ligne d'alimentation LAIa présente une extrémité sinueuse pour contourner le fond de la fente de découplage FCIa.

Les figures 8 et 9 illustrent la deuxième réalisation de l'antenne selon l'invention. L'alimentation de l'antenne est effectuée sur des couches séparées. L'antenne comprend une troisième couche de substrat diélectrique CS3, la deuxième couche CS2 s 'étendant entre les première et troisième couches CSl et CS3. L'un DIb des dipôles s'étend sur la face externe de l'une CSl des première et troisième couches, et l'autre dipôle s'étend entre les deux autres couches CS2 et CS3. La ligne d'alimentation LAIb relative au premier dipôle DIb s'étend respectivement entre ladite une CSl des première et troisième couches CSl et CS3 et la deuxième couche intermédiaire CS2, sur la jambe JIb du dipôle DIb et sous la jambe J2b du dipôle D2b, et la ligne d'alimentation LA2b relative à l'autre dipôle D2b s'étend sur la face externe de l'autre CS3 des première et troisième couches, sur les jambes JIb et J2b des dipôles DIb et D2b. La ligne d'alimentation LA2b est imprimée en technologie

microruban alors que la ligne d'alimentation LAIb est imprimée en technologie triplaque.

La deuxième réalisation offre plus de découplage entre les dipôles DIb et D2b mais au détriment d'une antenne plus épaisse comparativement à la première réalisation montrée aux figures 1 et 2.

En variantes, l'élément conducteur du dipôle DIb et la ligne d'alimentation LAIb sont intervertis, l'élément conducteur du dipôle DIb étant située entre les couches CSl et CS2 et la ligne d'alimentation LAIb étant située sous la couche CSl, à l'extérieur de l'empilement des couches, et/ou l'élément conducteur du dipôle D2b et la ligne d'alimentation LA2b sont intervertis, la ligne d'alimentation LA2b étant située entre les couches CS3 et CS2 et l'élément conducteur du dipôle D2b étant situé sur la couche CS3, à l'extérieur de l'empilement des couches .

Les figures 10 et 11 illustrent la troisième réalisation de l'antenne à structure diélectrique monocouche et microruban selon l'invention. Les deux dipôles imprimés DIc et D2c sont gravés sur la même face d'un substrat unique S et les lignes d'alimentation LAIc et LA2c sont gravés sur l'autre face du substrat unique S. La jambe JIc du plus petit dipôle DIc fait office également d'une portion extrême de la jambe J2c du plus grand dipôle D2c si bien que les jambes JIc et J2c sont coaxiales et les bases des jambes JIc et J2c sont confondues sur les extrémités d'accès Elle et E21c des lignes d'alimentation LAIc et LA2c.

L'encoche de découplage EDc qui peut être encore rectangulaire est pratiquée dans le bord de la jambe J2c du deuxième dipôle D2c devant le brin Bl sur

l'extrémité de ligne El2c et située entre ce brin Bl et le fond de la fente de couplage FC2c. Le fond de l'encoche EDc est en retrait par rapport aux fentes alignées FCIc et FC2c afin que la fente de couplage FCIc du premier dipôle DIc débouche dans l'encoche EDc et le premier dipôle DIc puisse rayonner.

De manière à accentuer le découplage entre les deux dipôles DIc et D2c, une deuxième fente de couplage Fl analogue à la première fente FCIc, est ménagée axialement dans la base de la jambe JIc à l'opposé de la première fente FCIc et colinéairement à celle-ci, et deux fentes F2 sont ménagées à l'extrémité d'une portion de jambe J2c du dipôle D2c située devant le brin Bl sous lequel passe la ligne d'alimentation LAIc et LA2c afin de former un rétrécissement de la jambe J2c dans un coin de l'encoche EDc à la largeur de la ligne d'alimentation LA2c et au-dessus de celle-ci.

La figure 12 présente une variante de réalisation comprenant un plan de sol métallique PS s 'étendant perpendiculairement aux faces du substrat réparti en une, deux ou trois couches et donc aux dipôles conducteurs plans . On a supposé dans la figure 12 que l'antenne était conforme à la première réalisation montrée à la figure 1. Le plan de sol PS fait office de moyen de réflexion afin de supprimer un rayonnement arrière des dipôles et de diriger le rayonnement en avant des dipôles à l'opposé du plan de sol PS, suivant la direction axiale de l'ouverture des fentes de couplages FCl et FC2. Le plan de sol PS vise à accroître la directivité de l'antenne de l'ordre de 2 dB, tout en conservant les performances en large bande de l'antenne.

A cette fin, les plus grands brins B2 de l'antenne rayonnant aux fréquences les plus basses sont les plus éloignés du plan de sol PS. Typiquement le plan de sol PS est situé à une distance du côté arrière d'accès CA de l'antenne d'environ un tiers de la longueur d'onde correspondant à la plus grande fréquence de la bande de fonctionnement de l'antenne et donc de bande de fréquence BFl du plus petit dipôle . En variante, l'antenne est introduite dans une cavité métallique CV ou un guide d'onde, comme représenté en traits pointillés dans la figure 12, afin d'obtenir un système d'alimentation duplexé en fréquence dans une structure guidée.

Les performances radioélectriques de l'antenne dipôle imprimée bi-bande décrite ci-dessus sont conservées lorsque plusieurs antennes dipôle imprimées bi-bande selon l'invention sont juxtaposées pour former un réseau à bandes de fréquence BFl et BF2.

La figure 13 présente un exemple de réseau monodimensionnel RE d'antennes dipôle imprimées bi- bande selon la première réalisation de l'invention. Le réseau comprend une colonne d'antennes dipôle imprimées bi-bande dont les faces des substrats sont parallèles entre elles et de préférence coplanaires et dont les plans axiaux P de fentes de couplage FCl, FC2 des dipôles sont orientées parallèlement. En pratique pour réduire le coût de fabrication du réseau, les antennes ont de préférence des couches de substrat communes s 'étendant perpendiculairement à un plan de sol métallique PS pouvant être le fond d'une cavité CV. Les lignes d'alimentation LAl des dipôles Dl de toutes les antennes sont reliées à une première

extrémité d'accès commune et les lignes d'alimentation LA2 des dipôles D2 de toutes les antennes sont reliées à une deuxième extrémité d'accès commune. Les première et deuxième extrémités d'accès communes peuvent être reliées entre elles.

Ce réseau peut constituer par exemple une antenne pour une station de base pour les réseaux de radiocommunication GSM, DCS et UMTS et une borne pour réseau WLAN (IEEE 802. xx). Selon l'orientation de l'antenne, celle-ci présente un diagramme directif en élévation DE et un diagramme large en azimut DA pour les deux bandes de fréquence BFl et BF2.

En variante, un réseau d'antennes (non représenté) à double polarisation et à deux bandes de fréquence est constitué d'une première colonne de premières antennes dipôle imprimées bi-bande qui sont orientées de la même façon que dans la figure 13 et d'une deuxième colonne de deuxièmes antennes dipôle imprimées bi-bande qui sont orientées de la même façon et perpendiculairement à l'orientation des premières antennes . Les dipôles Dl et D2 de la première colonne rayonnent un champ électrique polarisé et croisé perpendiculairement avec le champ électrique rayonné respectivement par les dipôles Dl et D2 de la deuxième colonne pour des fonctionnements respectifs dans la première bande de fréquence commune BFl et la deuxième bande de fréquence commune BF2.

Le réseau à double polarisation et ainsi bidimensionnel peut comprendre plusieurs colonnes parallèles alternées sur un plan.

Bien que l'invention ait été décrite en référence à un fonctionnement bi-bande, l'antenne selon l'invention peut être étendue à une structure

multibande en introduisant autant de niveaux de dipôles que de bandes de fonctionnement souhaitées, et autant de couches diélectriques que de bandes de fonctionnement souhaitées pour la première réalisation, ou autant de paires de couches diélectriques que de bandes de fonctionnement souhaitées pour la deuxième réalisation, ou autant de dipôles que de bandes de fonctionnement souhaitées pour la troisième réalisation. Il est alors nécessaire qu'une ou plusieurs encoches de découplage soient ménagées dans les jambes des dipôles des niveaux supérieurs afin qu'elles ne couvrent pas les fentes de couplages des dipôles des niveaux inférieurs .