EP0312792A1 - Antenne pour récepteur miniature notamment pour récepteur en forme de boitier de montre - Google Patents

Antenne pour récepteur miniature notamment pour récepteur en forme de boitier de montre Download PDF

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EP0312792A1
EP0312792A1 EP88115605A EP88115605A EP0312792A1 EP 0312792 A1 EP0312792 A1 EP 0312792A1 EP 88115605 A EP88115605 A EP 88115605A EP 88115605 A EP88115605 A EP 88115605A EP 0312792 A1 EP0312792 A1 EP 0312792A1
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antenna
receiver
conductive element
housing
watch
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José Baro
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Alcatel CIT SA
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Alcatel Radiotelephone SA
Alcatel Thomson RadioTelephone
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/273—Adaptation for carrying or wearing by persons or animals

Definitions

  • the present invention relates to an antenna for a miniature receiver, in particular for a receiver in the form of a watch case.
  • the present invention consists of an antenna intended for a radio receiver, for example integrated in a watch case.
  • the invention can also be applied to a low power transmitter having the same shape.
  • the invention is intended to operate in a fixed frequency band chosen from the VHF or UHF ranges (from 80 MHz to 500 MHz for example).
  • a receiver worn on the wrist must remain effective for a maximum of attitudes of the wearer while favoring if possible the most probable. It should also be noted that the performance of the antenna produced must not be impaired either by the presence of the electronics, the battery, the movement of the watch (if the watch keeps its original function), or by the nature of the materials that make up the case.
  • the object of the invention is to solve these problems by proposing an antenna whose radiation pattern is as close as possible to that of an isotropic antenna.
  • the invention proposes for this purpose an antenna for a receiver miniature, in particular for a receiver in the form of a watch case, said receiver box comprising a receiver proper, different control and supply parts, said antenna being characterized in that it comprises: - a first conductive element, located in the upper part of the housing and isolated from the rest of the housing, which comprises a split annular loop constituting mainly a magnetic antenna; - a second conductive element connected to the ground of the receiver and arranged in the lower part of the housing; - an adaptation and tuning circuit connecting these two conductive elements to the inputs of the receiver.
  • the integration of the antenna in the case of a watch makes it possible to avoid all the problems of interconnection, of maintenance which would exist for example in the case of an antenna integrated in a watch band; the bracelet being a part which deteriorates regularly and which must then be able to be replaced without problem.
  • the invention proposes an antenna in which the first conductive element is included in the upper crown of a watch case.
  • the adaptation circuit consists of a capacitive divider tuning and adapting to the receiver (or to the possible transmitter) the antenna thus produced, these various elements being integrated inside the case of a wristwatch.
  • the present invention makes it possible to produce an integrated antenna of optimum efficiency by using the structure of the watch case, by combining two reception modes by magnetic loop and by capacitive doublet, and also providing - maximum radiation resistance for the volume allocated; - multi-polarization reception; - the removal of any inductive element of adaptation.
  • the antenna of the invention comprises: a first conductive element 10 formed of a split annular loop, a second conductive element 11, a circuit 12 for adaptation and tuning.
  • the first conductive element 10 forms an inductance here of a single turn. It is arranged in the upper part of a watch case 13 which includes a strap 14. This element 10 can be the upper crown of a metal watch, but it must then be isolated from the rest of the case 13. It can also be a conductive wire or ribbon embedded in a molded case of insulating material. This first element 10 makes it possible to form a loop sensitive to the magnetic component of the electromagnetic field.
  • the second conductive element 11 consists of the rest of the housing if the latter is completely metallic, or, in the case of an insulating material housing, of an added element as shown in FIG. 2.
  • This conductive element 11 makes it possible to realize the compact gathering of the most important conducting masses of the receiver watch including in particular those of the receiver itself, those of the battery (ies) and electronics, and that of the motor if the watch has a needle system. time display. All these different parts for controlling the operation of the receiver watch are shown in FIGS. 1 and 2 in a set 18.
  • the matching and matching circuit 12 connects the two conductive elements 10 and 11 to the inputs of the receiver 17 contained in the watch.
  • the first element 10 is represented by an inductor.
  • the circuit 12 for adaptation and tuning consists of the capacitive divider (15, 16), the element 15 partly comprising the capacity created by the capacitive dipole produced between the upper part and the lower part of the housing :
  • the two capacitors 15 and 16 therefore appear between the two conductive elements 10 and 11 as shown in FIG. 2.
  • This capacitive doublet (15, 16) is sensitive to the fields directed perpendicular to the conductive turn 10.
  • the inductance formed by the first conductive element 10 is sensitive to any radial field with respect to the turn which it forms.
  • the mixed electric and magnetic aspect reduces the sensitivity to the presence of the body of the wearer of the watch and to that of magnetic masses.
  • the two capacities 15 and 16 which, for example, constitute the circuit 12 allow: - to complete the tuning of the resonant circuit and the setting to the operating frequency. Indeed, in the operation of a receiver integrated in a watch, as described above, the overvoltage is very high and the bandwidth narrow; - to transform the pure resistance seen in tuning which is very high into a lower resistance optimized for the receiver (optimization of the signal / noise ratio of the input stage).
  • the invention therefore consists in producing a capacitive antenna formed from the upper ring of the housing, isolated from the rest of said housing, and forming a capacitor with the bottom of the housing and the rest of the conductive components, including the battery, and to use this crown as chord inductor.
  • the second conductive element 11 may also have an inductive structure but more massive than that of the first element 10. We then have for example the equivalent diagram represented in FIG. 6.
  • the radiation provided by the capacitive and inductive aspect is out of phase with in time, so the polarization is elliptical.
  • the magnetic aspect will or will not be preponderant over the electrical aspect. So : - at 450 MHz the coil 10 requires only a slight additional tuning: The magnetic-electric balancing is almost achieved. We then have for example two capacities respectively of a few picofarads and a few tens of picofarads, a coefficient Q of about 300 to - 3dB and a bandwidth of about 1.5 MHz to - 3dB; - at 150 MHz there is essentially a magnetic coil. But the small electrical contribution is welcome to capture in the directions where the loop has a receiving hole. - at 900 MHz (if networks came at this frequency), the relationships between the components should be easily mastered.
  • An antenna according to the invention makes it possible, for example, to obtain in the frequency range 450-470 MHz a bandwidth of 1.5 MHz with an antenna gain in the optimal directions of 13 dB relative to a ⁇ / 2 reference dipole and when the receiving watch is in free space.
  • the gain of this same achievement is around 18dB below that of the dipole when the watch is worn on the wrist.
  • the first conductive element 10 can comprise several turns.

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Abstract

Le boîtier récepteur comprend un récepteur (17) et une pile d'alimentation (18) ; ladite antenne étant caractérisée en ce qu'elle comprend : - un premier élément conducteur (10), en forme de boucle, situé dans la partie supérieure du boîtier (13) et isolé du reste du boîtier ; - un deuxième élément conducteur (11) relié à la masse du récepteur et disposé dans la partie inférieure du boîtier ; - un circuit d'adaptation et d'accord (12) reliant ces deux éléments conducteurs (10, 11) aux entrées du récepteur (17). Application notamment au domaine de la réception de messages.

Description

  • La présente invention concerne une antenne pour récepteur miniature, notamment pour récepteur en forme de boîtier de montre.
  • La présente invention consiste en une antenne destinée à un récepteur de radio par exemple intégré dans un boîtier de montre.
  • L'invention peut être appliquée également à un émetteur de faible puissance affectant la même forme.
  • L'invention est destinée à fonctionner dans une bande de fréquences fixée choisie dans les gammes VHF ou UHF (de 80 MHz à 500 MHz par exemple).
  • A ces fréquences les difficultés sont multiples pour réaliser une antenne efficace dans un boîtier de montre par exemple de type montre-bracelet :
    - La place disponible est petite rapportée à la longueur d'onde ce qui aboutit à une résistance de rayonnement exprimée en dixièmes ou en centièmes d'ohms.
    - La compensation de la réactance de l'antenne nécessite des composants avec des surtensions très élevées pour aboutir à des pertes acceptables.
    - Le poignet du porteur et la proximité du reste de son corps absorbent les ondes ou se comportent comme des éléments rayonnants parasites de l'antenne utile, déformant ainsi son diagramme de rayonnement.
  • Par ailleurs un récepteur porté au poignet doit rester efficace pour un maximum d'attitudes du porteur en favorisant si possible les plus probables. Il est à noter aussi que les performances de l'antenne réalisée ne doivent être altérées ni par la présence de l'électronique, de la pile, du mouvement de la montre (si la montre garde sa fonction d'origine), ni par la nature des matériaux qui composent le boîtier.
  • L'invention a pour objet de résoudre ces problèmes en proposant une antenne dont le diagramme de rayonnement se rapproche le plus possible de celui d'une antenne isotrope.
  • L'invention propose à cet effet une antenne pour récepteur miniature, notamment pour récepteur en forme de boîtier de montre, ledit boîtier récepteur comprenant un récepteur proprement dit, différentes parties de commande et d'alimentation, ladite antenne étant caractérisée en ce qu'elle comprend :
    - un premier élément conducteur, situé dans la partie supérieure du boîtier et isolé du reste du boîtier, qui comprend une boucle annulaire fendue constituant principalement une antenne magnétique ;
    - un deuxième élément conducteur relié à la masse du récepteur et disposé dans la partie inférieure du boîtier ;
    - un circuit d'adaptation et d'accord reliant ces deux éléments conducteurs aux entrées du récepteur.
  • L'intégration de l'antenne dans le boîtier d'une montre permet d'éviter tous les problèmes d'interconnexion, de maintenance qui existeraient par exemple dans le cas d'une antenne intégrée dans un bracelet-montre ; le bracelet étant une partie qui se détériore régulièrement et qui doit alors pouvoir être remplacée sans problème.
  • Plus particulièrement l'invention propose une antenne dans laquelle le premier élément conducteur est compris dans la couronne supérieure d'un boîtier de montre.
  • Ce premier élément forme avec le second élément conducteur un doublet capacitif sensible aux champs électriques. Le circuit d'adaptation est constitué d'un diviseur capacitif accordant et adaptant au récepteur (ou à l'émetteur éventuel) l'antenne ainsi réalisée, ces différents éléments étant intégrés à l'intérieur du boîtier d'une montre-bracelet.
  • Avantageusement la présente invention permet de réaliser une antenne intégrée d'efficacité optimum en utilisant la structure du boîtier de la montre, en combinant deux modes de réception par boucle magnétique et par doublet capacitif, et apportant aussi
    - une résistance de rayonnement maximum pour le volume imparti ;
    - une réception multipolarisation ;
    - la suppression de tout élément inductif d'adaptation.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles :
    • - la figure 1 est un bloc-diagramme de l'invention ;
    • - la figure 2 illustre une vue schématique en élévation d'une réali­sation de l'invention ;
    • - la figure 3 illustre une vue en perspective d'un détail de la réalisation illustrée à la figure 2 ;
    • - les figures 4, 5 et 6 représentent des schémas électriques équiva­lents de différentes réalisations de l'antenne de l'invention.
  • Comme représenté aux figures 1 et 2 l'antenne de l'invention comprend :
    - un premier élément conducteur 10 formé d'une boucle annulaire fendue,
    - un deuxième élément conducteur 11,
    - un circuit 12 d'adaptation et d'accord.
  • Le premier élément conducteur 10, représenté plus particuliè­rement sur la figure 3, forme une inductance ici d'une seule spire. Il est disposé dans la partie supérieure d'un boîtier 13 de montre qui comporte un bracelet 14. Cet élément 10 peut être la couronne supérieure d'une montre métallique, mais il doit alors être isolé du reste du boîtier 13. Il peut également être un fil ou un ruban conducteur noyé dans un boîtier moulé en matière isolante. Ce premier élément 10 permet de former une boucle sensible à la composante magnétique du champ électromagnétique.
  • Le deuxième élément conducteur 11 est constitué du reste du boîtier si celui-ci est totalement métallique, ou, dans le cas d'un boîtier en matière isolante, d'un élément rapporté comme repré­senté sur la figure 2. Cet élément conducteur 11 permet de réaliser le rassemblement compact des masses conductrices les plus importantes de la montre récepteur dont notamment celles du récepteur proprement dit, celles de la ou des piles et de l'électronique, et celle du moteur si la montre dispose d'un système à aiguilles d'affichage de l'heure. Toutes ces différentes parties de commande du fonction­nement de la montre récepteur sont représentées sur les figures 1 et 2 en un ensemble 18.
  • Ces masses conductrices principales, dont surtout celle de la pile d'alimentation, sont ainsi éloignés au maximum de la couronne supérieure 10 et placées en fond de boîtier de façon à prendre une référence de potentiel au niveau de l'épiderme du porteur permet­tant de capter le champ électrique radial apparaissant par la présence du bras ou du corps du porteur de la montre.
  • Le circuit 12 d'adaptation et d'accord relie les deux éléments conducteurs 10 et 11 aux entrées du récepteur 17 contenu dans la montre. Sur la représentation schématique de la figure 4 le premier élément 10 est représenté par une inductance.
  • Sur cette figure 4 le circuit 12 d'adaptation et d'accord est constitué du diviseur capacitif (15, 16), l'élément 15 comprenant en partie la capacité créée par le dipole capacitif réalisé entre la partie haute et la partie basse du boîtier : Les deux capacités 15 et 16 apparaissent donc entre les deux éléments conducteurs 10 et 11 comme représenté à la figure 2. Ce doublet capacitif (15, 16) est sensible aux champs dirigés perpendiculairement à la spire conductrice 10. L'inductance formée par le premier élément conduc­teur 10 est sensible à tout champ radial par rapport à la spire qu'elle forme.
  • L'aspect mixte électrique et magnétique diminue la sensibilité à la présence du corps de celui qui porte la montre et à celle des masses magnétiques.
  • Etant donné l'aspect flottant du montage, on peut avoir également un schéma électrique équivalent tel que celui représenté à la figure 5.
  • Les deux capacités 15 et 16 qui constituent par exemple le circuit 12 permettent :
    - de compléter l'accord du circuit résonnant et la mise à la fréquence d'opération. En effet dans le fonctionnement d'un récepteur intégré dans une montre, comme décrit précédemment, la surtension est très élevée et la bande passante étroite ;
    - de transformer la résistance pure vue à l'accord qui est très élevée en une résistance plus basse optimisée pour le récepteur (optimisation du rapport signal/bruit de l'étage d'entrée).
  • L'invention consiste donc à réaliser une antenne capacitive formée de la couronne supérieure du boîtier, isolée du reste dudit boîtier, et formant condensateur avec le fond du boîtier et le reste des composants conducteurs, dont la pile, et d'utiliser cette couronne comme inductance d'accord.
  • Le deuxième élément conducteur 11 peut également présenter une structure inductive mais plus massive que celle du premier élément 10. On a alors par exemple le schéma équivalent représenté à la figure 6.
  • Les rayonnements apportés par l'aspect capacitif et inductif sont déphasés de
    Figure imgb0001
    dans le temps, ainsi la polarisation est elliptique.
  • Selon la fréquence où l'on réalisera l'antenne et l'épaisseur que l'on acceptera de donner au boîtier, l'aspect magnétique sera ou ne sera pas prépondérant sur l'aspect l'électrique.
    Ainsi :
    - à 450 MHz la spire 10 ne nécessite qu'un léger appoint d'accord : L'équilibrage magnétique-électrique est quasiment réalisé. On a alors par exemple deux capacités respectivement de quelques picofarads et de quelques dizaine de picofarads, un coefficient Q d'environ 300 à - 3dB et une bande passante d'environ 1,5 MHz à - 3dB ;
    - à 150 MHz on a essentiellement une bobine magnétique. Mais le petit apport électrique est le bien-venu pour capter dans les direc­tions où la boucle présente un trou de réception.
    - à 900 MHz ( si des réseaux venaient à cette fréquence) on devrait maitriser aisément les rapports entre les composantes.
  • Une antenne selon l'invention permet d'obtenir, à titre d'exemple, dans la gamme des fréquences 450-470 MHz une bande passante de 1,5 MHz avec un gain d'antenne dans les directions optimales de 13dB par rapport à un dipole λ/2 de référence et lorsque la montre récepteur est en espace libre. Le gain de cette même réalisation se situe vers 18dB au dessous de celui du dipole lorsque la montre est port au poignet.
  • Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention
  • Ainsi pour des fréquences plus basses qu'en UHF, par exemple le premier élément conducteur 10 peut comporter plusieurs spires.

Claims (5)

1/ Antenne pour récepteur miniature, notamment pour récepteur en forme de boîtier de montre, ledit boîtier récepteur comprenant un récepteur proprement dit (17), différentes parties de commande et d'alimentation (18) ; ladite antenne étant caractérisée en ce qu'elle comprend :
- un premier élément conducteur (10), situé dans la partie supérieure du boîtier (13) et isolé du reste du boîtier, qui comprend une boucle annulaire fendue constituant principalement une antenne magnétique ;
- un deuxième élément conducteur (11) relié à la masse du récepteur et disposé dans la partie inférieure du boîtier ;
- un circuit d'adaptation et d'accord (12) reliant ces deux éléments conducteurs (10, 11) aux entrées du récepteur (17).
2/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier élément conducteur (10) est compris dans la couronne supérieure d'un boîtier de montre.
3/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit d'adaptation et d'accord (2) est constitué d'un diviseur capacitif (15, 16) entre le premier et le second élément conducteur.
4/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier élément conducteur (10) constitue une antenne doublet capacitif par rapport au deuxième élément conducteur (11).
5/ Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est intégrée à l'intérieur du boîtier (13) d'une montre-bracelet.
EP88115605A 1987-09-25 1988-09-22 Antenne pour récepteur miniature notamment pour récepteur en forme de boitier de montre Expired - Lifetime EP0312792B1 (fr)

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FR8713266A FR2621179B1 (fr) 1987-09-25 1987-09-25 Antenne pour recepteur miniature notamment pour recepteur en forme de boitier de montre

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EP0312792A1 true EP0312792A1 (fr) 1989-04-26
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