EP1184934A1 - Antenne plane - Google Patents
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- EP1184934A1 EP1184934A1 EP01440211A EP01440211A EP1184934A1 EP 1184934 A1 EP1184934 A1 EP 1184934A1 EP 01440211 A EP01440211 A EP 01440211A EP 01440211 A EP01440211 A EP 01440211A EP 1184934 A1 EP1184934 A1 EP 1184934A1
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- European Patent Office
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- printed circuit
- antenna
- quarter
- gamma
- radiating element
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
Definitions
- the present invention relates to a gamma feed antenna for radio frequency transceivers with components attached to a printed circuit.
- the antenna will be intended for radiocommunications in the automotive field, and will operate for transmissions to frequencies above 800 MHz, such as those by example used in GSM, DECT, ISM 868 MHz, blue standards tooth, etc ...
- the transmitters / receivers required must be small, their antenna must however obviously have the best possible performance in terms of gain and impedance matching.
- the antennas used must have a maximum efficiency in radiated energy, under a characteristic impedance equal in most case at 50 ⁇ .
- the antennas used in these applications operate in standing wave regime, with a radiating element comparable to a line quarter wave short-circuited at one of its ends to the circuit ground transmitter / receiver, a so-called gamma supply line connecting said circuit to a point of the quarter-wave line corresponding to an impedance of about 50 ⁇ .
- a radiating element comparable to a line quarter wave short-circuited at one of its ends to the circuit ground transmitter / receiver
- a so-called gamma supply line connecting said circuit to a point of the quarter-wave line corresponding to an impedance of about 50 ⁇ .
- Such quarter monopole antennas with gamma feed are well known in itself, but need to be adapted to the specific technical contexts in which they are used.
- the quarter-wave radiating element is used in association with an electronic circuit notably installed on a printed circuit.
- the particular problems to be solved are of several kinds, and aim not only to make an adaptation between the gamma supply line and the antenna aiming to transfer the maximum energy between the electronic circuit and the element quarter wave, but also to allow the simplest and least manufacturing expensive possible, and finally to obtain a minimum bulk.
- the antennas are consisting of a metal wire soldered to the printed circuit.
- the advantage of this configuration is that you can find antenna positions that reduce space, by folding, for example, the wire parallel to the printed circuit, or by soldering it to an edge of said circuit, said wire then being placed in the plane of the PCB support. A certain distance of air is then maintained between the active part of the antenna and the circuit, which allows the density control of the field lines, which must not be too close together so as not to decrease radiation from the antenna.
- the antenna is a track of a printed circuit, as for example described in document US-A-5 835 063.
- the radiating element then consists of a conductive track forming a portion of the conductive deposit of said printed circuit separated from its main part by a rectangular slot along the element beaming.
- the radiating element is supplied by a microstrip placed on the face of the support which does not include a conductive deposit, said microstrip crossing the above-mentioned slot in order to allow a double stub feeding.
- the idea on which the invention is based is to propose a configuration without welding, which takes advantage of the mass metal available in a printed circuit, and optimizes the circuit-antenna link, all with traditional materials to keep costs down of production at a level allowing to envisage an industrialization.
- the invention therefore relates precisely to a gamma feed antenna for radio frequency transmitter / receiver, the components of which are connected to a printed circuit comprising a track constituting a supply line connecting the radio transmitter / receiver at the antenna, which consists of a quarter-wave radiating element formed by a rectilinear metallic track of the circuit printed, said track being arranged on the edge of one side of the circuit support printed.
- This antenna is mainly characterized in that the track forming the quarter-wave radiating element is separated from the components by at least one cutting in the support of the printed circuit, along the track forming the quarter-wave radiating element, said cutout extending to the vicinity of the end of said element connected to the ground plane of the printed circuit.
- the printed circuit is at least double-sided, one side comprising the track forming the quarter-wave radiating element, the ground plane and the track forming the link between them, the other side comprising the circuit printed, on which the radiofrequency transmitter / receiver is installed, as well as the supply line of the quarter-wave radiating element whose connection to this the latter is carried out via a metallized orifice passing through the support of the printed circuit.
- This metallized hole configuration is very advantageous because the position of the radiating element with respect to the mass makes it possible to minimize the length of the adaptation link, in practice to the width of the cutout in the dielectric support of the printed circuit. This reduces the inductive impedance of the gamma matching bond, and makes it unnecessary the addition of a capacity which generally equips feeding antennas gamma.
- each conductive layer has a thickness of between 15 ⁇ m and 80 ⁇ m.
- the gamma jack of the invention works as indicated with an element radiating quarter wave.
- the length of this last is, of course, related to the frequency of use, and therefore at the emission / reception wavelength.
- the frequency domain used is that of the DECT band centered around 1880 MHz, hence an easy calculation of the order of magnitude of the length of the radiating element (see below).
- the length of the quarter-wave radiating element is between 0.9 ⁇ / 4 and 5 ⁇ / 8.
- the cut made in the support of the printed circuit is rectangular, with a width of at least 2 mm and a length at least three-quarters of the quarter-wave element, from the free end of the latter marking the start of cutting.
- This value is, of course, relating to a particular printed circuit, operating with transmission / reception according to the DECT standard, including the central wavelength (corresponding to 1880 MHz of frequency) is approximately 16 cm, which gives an element radiating quarter wave about 4 cm long. In the configuration of the invention, this means that the rectangular-shaped printed circuit has a width approximately 4 cm for a slightly longer length.
- the width of the cut is taken to be at least ⁇ / 50.
- the cut made in the support of the circuit printed is discontinuous, and formed of a succession of orifices made in the support.
- the orifices are shaped circular.
- the width of the quarter-wave radiating element is between ⁇ / 10 and ⁇ / 40. Tests have shown that a planar antenna in the form of a track printed circuit board allows optimum performance radiation with these widths.
- the quarter-wave radiating element has a length of 33 mm, a width of 4.5 mm, the cut in the support of the printed circuit having a width 2.5 mm.
- the gamma-feed quarter-wave radiating element antenna of the invention operates in regime standing waves along said radiating element (1).
- This element (1) is connected to ground (2) at its lower end, point where the high voltage frequency is therefore zero, while it is maximum at its end free.
- the current is quadrature, that is to say zero at the free end and maximum at the point of contact with the ground plane (2) which is the repository for food of the antenna.
- the impedance varies along the radiating element: it is weak and close to 0 ⁇ at the connection to the mass (2), and high at the free end of the radiating element (1), of the order of thousand Ohms.
- Adaptation consists in adjusting the impedance by displacement along the radiating element (1) of the socket (3) until the desired value is obtained, around 50 ⁇ .
- the conductive element (4) located between said power outlet (3) and the connection terminals (5) gives its name to the designation (in gamma) of the makes the shape it takes.
- R being the real resistive part adjustable by positioning of the socket (3), then that X is the reactive part, of an inductive nature, originating from said bond in gamma (4).
- a capacitor (6) is inserted between said link (4) and the terminals (5), which cancels the imaginary jX part to give a purely impedance real.
- FIG. 2 represents the configuration of a printed circuit support according to the invention, provided with a cutout (7) separating the tab (8) supporting the track forming the quarter-wave radiating element of the surface (9) supporting the circuit transmission / reception electronics (not shown). All of these are located in the same plane, which results in a considerable reduction in the size of the transmitter / receiver.
- the cutout (7) introducing air between the antenna arranged on the tab (8) and the circuit makes it possible to make the characteristics of the antenna independent of variations in the dielectric constant of the material forming the circuit support printed.
- FIG. 3 shows one side of the printed circuit, the black surface corresponding to the metallized coating forming the ground plane (10) on the one hand, and the quarter-wave element (11) on the other hand.
- the dielectric material support (12) comprises said cutout (7) which runs along approximately three quarters of the radiating element (11) which covers the tab (8).
- the ground plan (10) covers almost all of the surface (9).
- a metallized through hole (13) makes the electrical connection between the element radiating quarter wave (11) and the gamma bond (see Figure 4) and constitutes the socket (3) of figure 1.
- the second opposite side of the circuit support printed is shown, showing in its right part, in dotted lines, the tracks of the opposite face, and in particular the track (11) constituting the quarter element wave.
- the tracks of the printed circuit receiving in particular the transmitter / receiver do not are not accurately figured. In any case, they depend on components used, and are shown diagrammatically by the crossed-out rectangle.
- the through hole (13) metallized constituting the power outlet is located at the end of the link (14) in gamma constituting the antenna supply line.
- the width of the supply line (14) is determined according to the characteristic impedance of the transmitter / receiver input and high frequency characteristics of the printed circuit. As mentioned previously, this impedance is preferably close to 50 ⁇ .
- One of the major advantages of this structure is that the length of the element gamma (14) is reduced to the width of the cutout (7) resulting in a reduction of the inductive impedance of this adaptation element (14) which makes it possible to do without the addition of a capacity in series in the circuit.
- the antenna of this invention is grounded from the point of view of low frequencies and direct current. This feature has the effect of protect the electronic components of the radio part against discharges electrostatic on the end of the antenna.
- the arrangement of this antenna on the edge of the printed circuit also has the advantage of allowing the production of a product comprising the transmitter / receiver, the antenna and in addition all interface functions for the user such as a display, a keyboard, an audible signal etc ...
- This same arrangement of the antenna on the printed circuit makes it possible to focus the electromagnetic energy of the antenna in a preferred direction, which can prove to be advantageous for products laptops that should fit in the palm of your hand.
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Abstract
Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences, dont les composants sont connectés à un circuit imprimé comportant une piste constituant une ligne d'alimentation reliant l'émetteur/récepteur radiofréquences à l'antenne, laquelle est constituée d'un élément rayonnant quart d'onde formée d'une piste rectiligne métallique du circuit imprimé, ladite piste étant disposée en bordure d'un côté du support du circuit imprimé, caractérisée en ce que la piste formant l'élément rayonnant quart d'onde est séparée des composants par au moins une découpe pratiquée dans le support du circuit imprimé, le long de la piste formant l'élément rayonnant quart d'onde, ladite découpe s'étendant jusqu'au voisinage de l'extrémité dudit élément reliée au plan de masse du circuit imprimé. <IMAGE>
Description
La présente invention conceme une antenne à alimentation gamma
pour émetteur-récepteur radiofréquences dont les composants sont
fixés à un circuit imprimé. Selon un exemple d'utilisation particulière de
l'invention, l'antenne sera destinée aux radiocommunications dans le
domaine de l'automobile, et fonctionnera pour des transmissions à des
fréquences supérieures à 800 MHz, telles que celles qui sont par
exemple utilisées dans les normes GSM, DECT, ISM 868 MHz, blue
tooth, etc...
Dans l'exemple de l'automobile, on utilise déjà des transmissions par
émetteurs/récepteurs, notamment pour les télécommandes permettant
le verrouillage/déverrouillage centralisé qui équipent à présent la plupart
des véhicules disponibles sur le marché. Il s'agit cependant de
systèmes de télécommunication « fermés » qui ne permettent que les
uniques fonctions précitées, et n'autorisent aucune extension à des
systèmes plus larges.
L'utilisation de technologies et de normes venant des
télécommunications, comme par exemple des systèmes de
communications basés sur la norme DECT ou blue tooth, permet au
contraire une ouverture par intégration à un environnement de
communication d'informations beaucoup plus vaste, et autorise en
particulier le transfert de multiples informations internes et externes aux
véhicules. En plus du verrouillage/déverrouillage des portes, il devient
dès lors envisageable de transférer des données variées, allant jusqu'à
des télémesures de résultats obtenus par des capteurs, par exemple de la
pression des pneumatiques.
À l'instar des télécommandes actuelles de verrouillage/déverrouillage des
portes d'un véhicule, les émetteurs/récepteurs requis doivent être de petite taille,
leur antenne devant cependant évidemment posséder les meilleures
performances possibles en termes de gain et d'adaptation d'impédance. Les
antennes utilisées doivent en d'autres termes avoir un rendement maximal en
énergie rayonnée, sous une impédance caractéristique égale dans la plupart des
cas à 50 Ω.
Plus précisément, les antennes utilisées dans ces applications fonctionnent en
régime d'ondes stationnaires, avec un élément rayonnant assimilable à une ligne
quart d'onde court-circuitée à l'une de ses extrémités à la masse du circuit
émetteur/récepteur, une ligne d'alimentation dite gamma reliant ledit circuit à un point
de la ligne quart d'onde correspondant à une impédance d'environ 50 Ω. De telles
antennes quart d'onde monopoles avec alimentation gamma sont bien connues en
soi, mais nécessitent d'être adaptées aux contextes techniques particuliers dans
lesquels elles sont utilisées.
Dans l'invention, l'élément rayonnant quart d'onde est mis en oeuvre en
association avec un circuit électronique notamment implanté sur un circuit imprimé.
Les problèmes particuliers à résoudre sont de plusieurs ordres, et visent non
seulement à réaliser une adaptation entre la ligne d'alimentation gamma et l'antenne
visant à transférer le maximum d'énergie entre le circuit électronique et l'élément
quart d'onde, mais également à permettre une fabrication la plus simple et la moins
coûteuse possible, et enfin à obtenir un encombrement minimal.
Ainsi, on connaít des configurations dans lesquelles les antennes sont
constituées d'un fil métallique soudé au circuit imprimé. L'avantage de cette
configuration est qu'on peut trouver des positions de l'antenne qui réduisent
l'encombrement, en repliant par exemple le fil parallèlement au circuit imprimé, ou
en le soudant à un bord dudit circuit, ledit fil étant ensuite disposé dans le plan du
support de circuit imprimé. On maintient alors une certaine distance d'air entre la
partie active de l'antenne et le circuit, ce qui permet le contrôle de la densité des
lignes de champ, qui ne doivent pas être trop rapprochées pour ne pas diminuer
le rayonnement de l'antenne.
L'existence de la soudure soulève cependant plusieurs difficultés :
- augmentation du temps de fabrication ; et par conséquent
- augmentation du coût de production ;
- existence d'une faiblesse potentielle au niveau de la soudure, qui est une liaison dont la qualité mécanique n'est jamais assurée, ni d'ailleurs la pérennité.
On connaít également des configurations intermédiaires dans lesquelles
l'antenne est une piste d'un circuit imprimé, comme cela est par exemple décrit
dans le document US-A-5 835 063. L'élément rayonnant est alors constitué d'une
piste conductrice formant une portion du dépôt conducteur dudit circuit imprimé
séparée de sa partie principale par une fente rectangulaire longeant l'élément
rayonnant.
L'alimentation de l'élément rayonnant se fait par un microruban disposé sur la
face du support qui ne comporte pas de dépôt conducteur, ledit microruban
croisant la fente précitée afin de permettre une alimentation double stubs.
Pour que le problème de la densité des lignes de champ soit résolu, il est
cependant nécessaire de recourir à un matériau particulier pour le support du circuit
imprimé, par exemple du type verre téflon. Un matériau traditionnel entraínerait en
effet une concentration desdites lignes incompatible avec un fonctionnement correct
de l'antenne, dont le rayonnement serait trop diminué.
Les matériaux susceptibles de former des substrats à faibles pertes et à faible
constante diélectrique sont cependant beaucoup plus onéreux que les supports
usuels de circuits imprimés, et impliquent des tolérances plus étroites en terme de
dimensionnement (épaisseur). Leur utilisation a donc une influence non négligeable
sur le prix de revient de l'antenne.
Pour pallier ces inconvénients, l'idée qui est à la base de l'invention est de
proposer une configuration dépourvue de soudure, qui met à profit la masse
métallique disponible dans un circuit imprimé, et permet d'optimiser la liaison circuit-antenne,
le tout avec des matériaux traditionnels permettant de maintenir les coûts
de production à un niveau permettant d'envisager une industrialisation.
L'invention concerne donc précisément une antenne à alimentation gamma pour
émetteur/récepteur radiofréquences, dont les composants sont connectés à un
circuit imprimé comportant une piste constituant une ligne d'alimentation reliant
l'émetteur/récepteur radiofréquences à l'antenne, laquelle est constituée d'un
élément rayonnant quart d'onde formée d'une piste rectiligne métallique du circuit
imprimé, ladite piste étant disposée en bordure d'un côté du support du circuit
imprimé. Cette antenne est principalement caractérisée en ce que la piste formant
l'élément rayonnant quart d'onde est séparée des composants par au moins une
découpe pratiquée dans le support du circuit imprimé, le long de la piste formant
l'élément rayonnant quart d'onde, ladite découpe s'étendant jusqu'au voisinage de
l'extrémité dudit élément reliée au plan de masse du circuit imprimé.
L'existence de la découpe permet de répondre au problème précédemment
cité de la concentration des lignes de champ électromagnétique : si l'espace entre
l'élément rayonnant quart d'onde et le plan de masse est constitué d'un matériau
diélectrique dont la constance diélectrique est supérieure à l'air, ce qui est le cas
pour le matériau constituant le support du circuit imprimé, les lignes de champ
seront plus denses et plus rapprochées. Comme déjà indiqué, ce rapprochement
a un effet néfaste et diminue le rayonnement de l'antenne. Il est donc souhaitable
d'éviter de placer un matériau diélectrique entre l'élément rayonnant et le plan de
masse, et de conserver par exemple une distance minimale d'air entre eux, ce qui
est réalisé par la découpe dont les dimensions (voir ci-après) sont prévues à cet
effet. Il est à noter que si ladite distance est trop petite, on aboutit également à une
concentration des lignes de champs qui provoque les mêmes effets négatifs que
le matériau diélectrique.
L'existence de cette découpe permet d'éviter l'utilisation d'un matériau
diélectrique plus coûteux, solution théoriquement tout aussi adaptée, mais de
portée pratique quasi nulle parce qu'économiquement difficile à industrialiser.
Selon une possibilité, le circuit imprimé est au moins double face, une face
comportant la piste formant l'élément rayonnant quart d'onde, le plan de masse et
la piste formant la liaison entre ces derniers, l'autre face comportant le circuit
imprimé, sur lequel est implanté l'émetteur/récepteur radiofréquences, ainsi que la
ligne d'alimentation de l'élément rayonnant quart d'onde dont la liaison à cette
dernière est réalisée via un orifice métallisé traversant le support du circuit imprimé.
Comme dans toute adaptation de type gamma, en déplaçant la position
relative de la ligne d'alimentation et du trou métallisé traversant, on agit sur
l'adaptation d'impédance de l'antenne.
Cette configuration à trou métallisé est très avantageuse car la position de
l'élément rayonnant par rapport à la masse permet de réduire au minimum la
longueur de la liaison d'adaptation, en pratique à la largeur de la découpe pratiquée
dans le support diélectrique du circuit imprimé. Ceci permet de diminuer
l'impédance inductive de la liaison d'adaptation en gamma, et rend inutile
l'adjonction d'une capacité qui équipe en général les antennes à alimentation
gamma.
Selon une configuration qui prend en compte les caractéristiques traditionnelles
des circuits imprimés, l'invention peut être mise en oeuvre sur un support qui
présente une constante diélectrique comprise entre 3 et 10. De même, chaque
couche conductrice présente une épaisseur comprise entre 15 µm et 80 µm.
La prise gamma de l'invention fonctionne comme indiqué avec un élément
rayonnant quart d'onde. La longueur de ce demier est, bien entendu, liée à la
fréquence d'utilisation, et donc à la longueur d'onde d'émission/réception. Selon
une possibilité, le domaine de fréquence utilisé est celui de la bande DECT centré
autour de 1880 MHz, d'où un calcul aisé de l'ordre de grandeur de la longueur de
l'élément rayonnant (voir ci-après).
Plus généralement, la longueur de l'élément rayonnant quart d'onde est
comprise entre 0,9 λ/4 et 5λ/8.
Un autre avantage inhérent à la configuration de l'invention réside dans le fait que
le plan de masse du circuit imprimé, auquel sont fixés les composants de
l'émetteur/récepteur radiofréquences, est le même que celui auquel est relié
l'élément rayonnant quart d'onde. La référence électrique est la même, et la
fabrication de l'ensemble s'en trouve notamment simplifiée.
L'importance du maintien d'un volume d'air entre le plan de masse et l'antenne a
été soulignée : selon une possibilité, la découpe pratiquée dans le support du
circuit imprimé est rectangulaire, avec une largeur d'au moins 2 mm et une longueur
d'au moins les trois quarts de l'élément quart d'onde, à partir de l'extrémité libre de
ce dernier marquant le début de la découpe. Cette valeur est, bien entendu,
relative à un circuit imprimé particulier, fonctionnant avec émission/réception selon la
norme DECT, dont la longueur d'onde centrale (correspondant à 1880 MHz de
fréquence) est égale à approximativement 16 cm, ce qui donne un élément
rayonnant quart d'onde d'environ 4 cm de long. Dans la configuration de l'invention,
cela signifie que le circuit imprimé d'allure rectangulaire présente une largeur
d'approximativement 4 cm pour une longueur légèrement supérieure.
Plus généralement, la largeur de la découpe est prise égale à au moins λ/50.
Selon une alternative possible, la découpe pratiquée dans le support du circuit
imprimé est discontinue, et formée d'une succession d'orifices pratiqués dans le
support.
Plus précisément, selon une configuration possible, les orifices sont d'allure
circulaire.
Par ailleurs, la largeur de l'élément rayonnant quart d'onde est comprise entre
λ/10 et λ/40. Des tests ont montré qu'une antenne plane sous forme d'une piste
de circuit imprimé permet un rayonnement de rendement optimal avec ces
largeurs.
Une configuration précise de l'invention a été testée avec succès : dans cette
solution, l'élément rayonnant quart d'onde présente une longueur de 33 mm, une
largeur de 4,5 mm, la découpe dans le support du circuit imprimé ayant une largeur
de 2,5 mm.
L'invention va maintenant être décrite plus en détail, notamment au moyen des
figures annexées, pour lesquelles :
- la figure 1 est un schéma théorique d'une liaison d'adaptation gamma à un élément rayonnant quart d'onde ;
- la figure 2 illustre la configuration d'un support de circuit imprimé comportant une antenne selon l'invention ;
- la figure 3 montre un côté du support de circuit imprimé ; et
- la figure 4 en représente l'autre côté.
L'antenne à élément rayonnant quart d'onde à alimentation gamma de l'invention,
dont un schéma théorique est représenté en figure 1, fonctionne en régime
d'ondes stationnaires le long dudit élément rayonnant (1). Cet élément (1) est
connecté à la masse (2) à son extrémité inférieure, point où la tension haute
fréquence est par conséquent nulle, alors qu'elle est maximale à son extrémité
libre. Le courant est en quadrature, c'est-à-dire nul à l'extrémité libre et maximal au
point de contact avec le plan de masse (2) qui est le référentiel pour l'alimentation
de l'antenne.
La répartition courant/tension étant en quadrature, l'impédance varie le long de
l'élément rayonnant : elle est faible et proche de 0 Ω au niveau de la connexion à la
masse (2), et élevée à l'extrémité libre de l'élément rayonnant (1), de l'ordre du
millier d'Ohms.
L'adaptation consiste à ajuster l'impédance par déplacement le long de
l'élément rayonnant (1) de la prise (3) jusqu'à obtention de la valeur désirée, aux
environs de 50 Ω. L'élément conducteur (4) situé entre ladite prise d'alimentation
(3) et les bornes de connexion (5) donne son nom à la désignation (en gamma) du
fait de la forme qu'il prend.
L'impédance se présente sous la forme :
Z = R + jX
R étant la partie réelle résistive réglable par positionnement de la prise (3), alors
que X est la partie réactive, de nature inductive, provenant de ladite liaison en
gamma (4).
En théorie, on insère une capacité (6) entre ladite liaison (4) et les bornes (5), qui
permet d'annuler la partie imaginaire jX pour donner une impédance purement
réelle.
La figure 2 représente la configuration d'un support de circuit imprimé selon
l'invention, muni d'une découpe (7) séparant la patte (8) supportant la piste
formant l'élément rayonnant quart d'onde de la surface (9) supportant le circuit
électronique d'émission/réception (non représenté). Tous ces éléments sont situés
dans le même plan, ce qui aboutit à réduire considérablement l'encombrement de
l'émetteur/récepteur.
La découpe (7) introduisant de l'air entre l'antenne disposée sur la patte (8) et le
circuit permet de rendre les caractéristiques de l'antenne indépendantes des
variations de la constante diélectrique du matériau formant le support du circuit
imprimé.
La figure 3 montre un côté du circuit imprimé, la surface noire correspondant au
revêtement métallisé formant le plan de masse (10) d'une part, et l'élément quart-d'onde
(11) d'autre part. Le support en matériau diélectrique (12) comporte ladite
découpe (7) qui court le long d'environ les trois quarts de l'élément rayonnant (11)
qui recouvre la patte (8). Le plan de masse (10) couvre la quasi-totalité de la
surface (9).
Un orifice traversant (13) métallisé réalise la liaison électrique entre l'élément
rayonnant quart d'onde (11) et la liaison en gamma (voir figure 4) et constitue la
prise (3) de la figure 1.
En référence à la figure 4, la seconde face opposée du support de circuit
imprimé est montrée, faisant apparaítre dans sa partie droite, en trait pointillé, les
pistes de la face opposée, et notamment la piste (11) constituant l'élément quart
d'onde. Les pistes du circuit imprimé recevant notamment l'émetteur/récepteur ne
sont pas figurées de manière précises. Elles dépendent de toute manière des
composants utilisés, et sont schématisées par le rectangle barré. Le trou traversant
(13) métallisé constituant la prise d'alimentation est situé à l'extrémité de la liaison
(14) en gamma constituant la ligne d'alimentation de l'antenne.
La largeur de la ligne d'alimentation (14) est déterminée en fonction de
l'impédance caractéristique de l'entrée de l'émetteur/récepteur et des
caractéristiques hautes fréquences du circuit imprimé. Comme mentionné
auparavant, cette impédance est de préférence voisine de 50 Ω.
Comme dans le schéma théorique de la figure 1, en déplaçant la position de
ladite ligne d'alimentation (14) et du trou métallisé (13) le long de la piste (11), on
agit sur l'adaptation d'impédance de l'antenne.
L'un des avantages majeurs de cette structure est que la longueur de l'élément
gamma (14) est réduite à la largeur de la découpe (7) d'où une réduction de
l'impédance inductive de cet élément d'adaptation (14) qui permet de se passer
de l'adjonction d'une capacité en série dans le circuit.
L'antenne de cette invention est raccordée à la masse du point de vue des
basses fréquences et du courant continu. Cette caractéristique a pour effet de
protéger les composants électroniques de la partie radio contre les décharges
électrostatiques sur l'extrémité de l'antenne.
La disposition de cette antenne sur le bord du circuit imprimé présente de plus
l'avantage de permettre la réalisation d'un produit comportant l'émetteur/récepteur,
l'antenne et en plus toutes fonctions d'interface pour l'utilisateur telles qu'un afficheur,
un clavier, une signalisation sonore etc... Cette même disposition de l'antenne sur
le circuit imprimé permet de focaliser l'énergie électromagnétique de l'antenne dans
une direction privilégiée, ce qui peut s'avérer avantageux pour des produits
portables qui doivent tenir dans la paume de la main. Les directions des
composantes du champ électrique E et du champ magnétique H sont illustrées
par la figure 2 et sont tels que le produit vectoriel de E par H donne la direction de
propagation P de l'énergie électromagnétique dans l'espace : P = E ∧ H .
La mise en oeuvre pratique de cette antenne sur un circuit imprimé en fibre
époxy permet d'obtenir les performances minimales suivantes :
- Fréquence centrale 1888 GHz
- Taux d'onde stationnaire inférieur à 2 pour une bande passante de -40 à +80 MHz autour de 1888 GHz.
- Performances radioélectriques équivalentes à une antenne quart d'onde.
La description qui précède ne concerne qu'un exemple de mise en oeuvre de
l'invention qui ne peut être considéré comme limitatif de celle-ci. L'invention
englobe au contraire les variantes de forme et de configuration qui sont à la portée
de l'homme de l'art.
Claims (12)
- Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences, dont les composants sont connectés à un circuit imprimé comportant une piste constituant une ligne d'alimentation reliant l'émetteur/récepteur radiofréquences à l'antenne, laquelle est constituée d'un élément rayonnant quart d'onde formée d'une piste rectiligne métallique du circuit imprimé, ladite piste étant disposée en bordure d'un côté du support du circuit imprimé, caractérisée en ce que la piste formant l'élément rayonnant quart d'onde est séparée des composants par au moins une découpe pratiquée dans le support du circuit imprimé, le long de la piste formant l'élément rayonnant quart d'onde, ladite découpe s'étendant jusqu'au voisinage de l'extrémité dudit élément reliée au plan de masse du circuit imprimé.
- Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le circuit imprimé est au moins double face, une face comportant la piste formant l'élément rayonnant quart d'onde, le plan de masse et la piste formant la liaison entre ces derniers, l'autre face comportant le circuit imprimé sur lequel est implanté l'émetteur/récepteur radiofréquences, ainsi que la ligne d'alimentation de l'élément rayonnant quart d'onde, reliée à cette dernière via un orifice métallisé traversant le support du circuit imprimé.
- Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le support du circuit imprimé présente une constante diélectrique comprise entre 3 et 10.
- Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque couche conductrice présente une épaisseur comprise entre 15 µm et 80 µm.
- Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la longueur de l'élément rayonnant quart d'onde est comprise entre 0,9 x λ/4 et 5λ/8.
- Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le plan de masse du circuit imprimé auquel sont fixés les composants de l'émetteur/récepteur radiofréquences est le même que celui auquel est relié l'élément rayonnant quart d'onde.
- Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la découpe pratiquée dans le support du circuit imprimé est rectangulaire, avec une largeur d'au moins 2 mm et une longueur d'au moins les trois quarts de l'élément quart d'onde, à partir de l'extrémité libre de ce dernier marquant le début de la découpe.
- Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la largeur de la découpe est égale à au moins λ/50.
- Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la découpe est discontinue, et formée d'une succession d'orifices pratiqués dans le support.
- Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les orifices sont d'allure circulaire.
- Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la largeur de l'élément rayonnant quart d'onde est comprise entre λ/10 et λ/40.
- Antenne à alimentation gamma pour émetteur/récepteur radiofréquences selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément rayonnant quart d'onde présente une longueur de 33 mm, une largeur de 4,5 mm, la découpe dans le support du circuit imprimé ayant une largeur de 2,5 mm.
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