EP1225654A1 - Antenne multi-bandes pour appareils mobiles - Google Patents

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Publication number
EP1225654A1
EP1225654A1 EP02290009A EP02290009A EP1225654A1 EP 1225654 A1 EP1225654 A1 EP 1225654A1 EP 02290009 A EP02290009 A EP 02290009A EP 02290009 A EP02290009 A EP 02290009A EP 1225654 A1 EP1225654 A1 EP 1225654A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
planes
conductive
link
plane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02290009A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Charles Ngounou Kouam
Marc Edimo
Jean-Philippe Coupez
François Lepennec
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcatel Lucent SAS
Nokia Inc
Original Assignee
Alcatel SA
Nokia Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcatel SA, Nokia Inc filed Critical Alcatel SA
Publication of EP1225654A1 publication Critical patent/EP1225654A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H01Q13/106—Microstrip slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
    • H01Q5/364—Creating multiple current paths
    • H01Q5/371—Branching current paths

Definitions

  • the invention relates to antennas produced using the patch technique.
  • Such an antenna is typically used in a spectral range including the radiofrequencies and microwaves.
  • antennas have a resonant frequency band.
  • transmission when the antennas are excited in this frequency band by a power line, they maintain electromagnetic waves stationary. These standing waves are then coupled to waves electromagnetic radiation in space. In reception, the waves take the same shapes but travel in the opposite direction.
  • Different antennas of this type are known in the state of the art.
  • microstrips on a plane as an antenna for transmit signals.
  • the substrate typically has a rectangular planar shape and thickness constant.
  • a multi-band antenna is also described in document FR-A-2 772 518.
  • This antenna comprises a flat patch placed on the surface top of a dielectric substrate.
  • a layer of mass is placed on the lower surface of the dielectric substrate.
  • This antenna is of the quarter wave type because a short circuit conductor, disposed on a wafer of the dielectric substrate, connects the pellet to the mass layer.
  • This antenna has conductors connection allowing the transmission of signals between the antenna and a device signal processing.
  • This antenna comprises three pellets placed on the upper surface of a substrate in Styrofoam (registered trademark).
  • a mass layer is placed on the surface bottom of the dielectric substrate.
  • a first patch intended for the low band is attached to a second patch intended for the upper band.
  • These two lozenges thus form a first bi-band element having a zigzag shape and comprising a diet.
  • This dual-band element has a short circuit in the form of a junction with the ground layer.
  • a third patch is positioned next to the second patch to obtain a double resonance in the upper band, with a widened bandwidth.
  • the third patch has a short circuit in the form of junction with the mass.
  • These antennas have drawbacks. On the one hand, they require large flat pads, incompatible with reduced dimensions cases of mobile communication devices. On the other hand, these antennas require the mounting of capacitive loads to widen the bandwidth which increases the cost and complexity of the antenna. In addition, these antennas require the most often to be fed by their center to present a good level of adaptation.
  • these antennas have a number of frequency bands of limited resonance and whose bandwidth is also limited, and only deal thus not all the frequency bands used for the transmission of information. It may therefore be necessary to equip devices with different antennas according to their country of use. They also do not allow easy adjustment of the resonant frequencies and the bandwidths of these frequencies.
  • the invention relates to an antenna comprising two conducting planes radiant electrically connected, a slit in at least one of the planes radiant conductors, a supply link arranged on and connected physically at one of the planes, a short circuit link, arranged and connected physically on the same conductive plane as the supply link.
  • the conductive planes are electrically connected by a of their edges.
  • the slot, the short-circuit connection and the connection supply are arranged in the same conductive plane.
  • the conductive planes are formed of a sheet folded metal.
  • the supply link is a tongue formed in the metal sheet.
  • the short-circuit link is a tongue formed in the metal sheet.
  • the slot extends over the two conducting planes.
  • the conducting planes have dimensions different.
  • the antenna comprises a substrate dielectric disposed between the two conducting planes.
  • the antenna includes a dielectric substrate disposed between one of the conducting planes and a mass.
  • At least one of the substrates is produced with a material with a relative permittivity of less than 2.
  • At least one of the substrates is produced with a material having a dissipation factor of less than 10 -3 .
  • the antenna can also have at least two resonance bands, one of the two resonance bands being formed by two resonance frequencies complementary.
  • the antenna has at least three resonance bands.
  • the invention also relates to a radiocommunication device.
  • a radiocommunication device comprising an antenna according to the invention, and has a thickness less than 20mm, a length less than 120mm and a width less than 50mm.
  • the invention further relates to a method of manufacturing an antenna. comprising a step of cutting from a metal sheet a slot, a supply link, a short circuit link and a step of folding the sheet metallic by superimposing two parts of this sheet.
  • the method further comprises a step of carrying out a plane electrical connection between the two conducting planes, by making two folds substantially parallel in the sheet.
  • the invention proposes an antenna in which a first is superimposed conductive plane with a slot, a second conductive plane, the two planes being electrically connected.
  • the following antenna will be described in its operation as a transmitter, in which it transforms an electric current into an electromagnetic field. he It will be clear to those skilled in the art that the operation of the antenna in receiver is similar, an electromagnetic field being transformed into current electric by antenna.
  • Figure 1 shows a perspective view of an antenna according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows the same antenna when the conducting planes are aligned in the same plane.
  • the antenna 1 presents a first radiating conductive plane 2, in which a slot 3 is produced from one of the edges of this plane.
  • an electrical connection 4 produced here by a conductive strip of defined width, electrically connects the foreground radiating conductor 2 and a second plane radiating conductor 5.
  • the second conductive plane is superimposed on the conductive foreground as it is represented in FIG. 1.
  • the superposition of the conducting planes 2 and 5 makes it possible to reduce the surface area of the antenna compared to the antennas of the prior art.
  • the first conductive plane has a supply link 6 and a short-circuit link 7 connected to ground 8. More specifically, the link supply 6 and short-circuit link 7 are in physical contact with at minus one of the conductive plans.
  • the supply link 6 is usually connected on the other hand, to a signal generation and processing device, not shown, which sends a signal in the form of electric current.
  • a first resonance mode is obtained by means of the slot 3, insulating two edges of the foreground radiating conductor 2. An electric current bypasses this slit.
  • the electrical path starts from the short-circuit connection to the radiation area 21 indicated in phantom in Figure 2.
  • a field electromagnetic is generated by induction at the radiation area 21.
  • the wavelength of this electromagnetic field is therefore determined by the length of this slot, that is to say its largest dimension.
  • This resonance is quarter-wave type because the short-circuit connection requires a field node electric.
  • the length of the electrical path is of the order of ⁇ / 4, ⁇ being the radiated wavelength.
  • a second mode of resonance is obtained by means of the second plane radiant conductor superimposed on the first.
  • the second driver plane is excited on the one hand by electromagnetic coupling with the first conducting plane, and on the other hand by direct electrical coupling with this same plane via the electrical connection 4.
  • a quarter wave type resonance is generated in the second driver plane.
  • the electromagnetic field is mainly generated at the level of the radiation zone 22.
  • This resonant frequency is determined by the dimensions of the first and second conductive plane. So the length to consider, to determine the resonant frequency of this mode, roughly corresponds to the distance between the short circuit connection and the area of radiation 22.
  • the conductive plane being short-circuited by means of the link 4 and short-circuit link 7, the dimensions of the antenna can thus be reduced for a given resonant frequency.
  • the plan conductor 5 is superimposed on the conductor plane 2, the surface area of the antenna is reduced.
  • a third resonance mode is generated in the foreground conductor by means of the combination of the supply link and the link short circuit.
  • the supply link 6 by virtue of its arrangement, excites directly the first conducting plane 2 which, by radiating, in turn excites the slot 3 and the second conductive plane 5.
  • the mass provides a quarter wave type resonance by imposing a node electric field at the short circuit and a belly at the edge opposite, i.e. at the level of the radiation area 23.
  • the largest dimension of the conducting plane i.e. the distance between the short-circuit connection and the radiation area 23, is of the order of a quarter of the wavelength radiated.
  • the covering of the radiation area 23 of the first conducting plane by the second conducting plane strongly influences the values of the frequencies f2 and f3 by electromagnetic coupling of the two conducting planes. So the superposition of the radiating zones of the two conducting planes 2 and 5 causes appreciable modifications of the values of the frequencies f2 and f3 compared to the values obtained from the quarter wave model.
  • a second conductive plane of dimension substantially different from the dimension of the leading driver.
  • a second conductive plane of dimensions close to those of the first conducting plane we obtain a second frequency of resonance distant from the third resonance frequency.
  • three separate resonant frequencies can be obtained. We thus increases the number of frequency bands in which the antenna can issue.
  • using a second conductive plane of dimensions reduced we get a second resonant frequency close to the third resonant frequency.
  • the planes conductors are connected by the electrical connection 4.
  • This connection 4 is thus arranged on an edge of the conducting planes 2 and 5. It is here formed of a metal strip of a defined width.
  • This type of connection, produced on the edges of the conducting planes is easier to manufacture, in particular by the method described below.
  • the width of the electrical connection 4 has an influence on the values of the resonance frequencies f2 and f3.
  • the resonance frequencies f2 and f3 decrease.
  • the location of link 4 on the width of planes 2 and 5 also has an influence on the value of the frequency of resonance f2. The farther the link 4 is removed from the short-circuit link 7, the more frequency f2 decreases.
  • connection link is coupled to a transmitter or a signal processing by a connection line not shown.
  • connection line not shown.
  • connection link is formed of a tongue starting from a conducting plane and extending to form the line of connection.
  • the input impedance presented by the antenna is equal to the output impedance of the transmitter or signal processing device.
  • this impedance is fixed at 50 ohms to obtain losses minimum.
  • the supply link and / or the short-circuit link on the edges of conductive planes.
  • the short-circuit connection By placing the short-circuit connection on one of the edges of the antenna, a zero electric field is imposed at this point. We can thus impose quarter-wave operation on the antenna.
  • the link feed By arranging the link feed on an edge of a conducting plane, the level is increased adaptation.
  • the supply link 6 and the link short-circuit 7 are on the same conductive plane. We can thus better control the input impedance of the antenna. By modifying the relative position of the link power supply in relation to the short-circuit link, the resonant frequencies as well as adaptation levels. For this, we place the links 6 and 7 at appropriately chosen locations.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of an antenna according to the invention.
  • a substrate 9 is arranged between the second conductive plane 5 and the first conductive plane 2.
  • This substrate provides mechanical strength to the conductive planes.
  • This substrate can also be used to maintain the conductive layers at a fixed distance from each other. It is desirable to choose a substrate material whose relative permittivity is close to that of air, preferably less than 2. We will also preferably choose a material having a very low dissipation factor and more particularly a lower dissipation factor at 10 -3 . The gain of the antenna is thus improved. It is thus possible to produce the substrate 9 in foam such as a polymethacrylimide foam. Such foam provides good mechanical strength.
  • a substrate 10 can also be placed between one of the layers conductive and a flat mass 8. So as to allow the folding of a tab of mass return, a substrate 10 is used whose edge is at the same level or in setback from an edge of the leading plane 2, as is shown in Figure 3. The mounting of the antenna is thus simplified. To improve the gain, it is also desirable to make such a substrate with a material whose relative permittivity is close to that of air, preferably less than 2. We will also preferably choose a material with a very low factor of dissipation. One can for example use materials similar to those described for the substrate 9. A thickness of substrate is preferably chosen which allows tune frequencies and expand bandwidths. The thickness of the substrate 10 is limited by the dimensions of the radiocommunication device.
  • the slot extends over substantially the entire length of the foreground conductor.
  • the resonance frequencies f2 and f3 are close enough.
  • resonance f2 is complementary to resonance f3 to form a frequency band of greater bandwidth.
  • the frequency resonance f1 will be approximately half the frequency f3.
  • the slot 3 has a shape rectangular. It extends at an angle to the edges of the plane conductor comprising it - of substantially parallelepipedal shape -, so that its length is maximum, while maintaining a minimum dimension of the plan driver.
  • Figure 4 shows a spectrum of input reflection frequencies antenna, typical of an antenna according to the second embodiment.
  • a weak reflection of the antenna at a given frequency corresponds to a resonance.
  • the frequencies f2 and f3 are complementary to form a band of extended frequency B.
  • FIG. 5 represents a top view of a test antenna whose conductive planes are aligned.
  • the conductive planes are formed from a folded copper sheet of 100 ⁇ m thick.
  • the electrical connection is formed by the folding side of the sheet.
  • This antenna has a substrate separating the two conductive planes and a substrate separating the first conducting plane from a mass.
  • the two substrates are made in polymethacrylimide foam.
  • the diagram in Figure 6 represents the frequency spectrum of reflection at the input of the antenna of the embodiment of FIG. 5.
  • the first resonance frequency f1 can be used in the field of E-GSM (880-960 MHZ).
  • the second resonance frequency f2 can be used in the field DCS (1710-1880 MHZ) or PCS (1850-1990 MHZ). It is greater than the first frequency f1 because the electrical path for this resonant frequency is less than the electrical path of the first resonant frequency.
  • the third resonant frequency f3 is greater than the second frequency f2. This third frequency f3 can for example be used in the UMTS domain (1900-2170 MHZ).
  • a metallic sheet can be used folded back to form the conducting planes. It is also possible to carry out the supply link in the form of a tab made in the metal sheet. It is also possible to make the short-circuit connection in the form of a tab made in the metal sheet.
  • the invention further relates to a radiocommunication device.
  • a radiocommunication device comprising an antenna as described above.
  • the antenna can be arranged inside a protective housing of the device.
  • the invention also relates to a method of manufacturing an antenna.
  • a manufacturing method comprises a step of cutting a slot in a metallic sheet. It also includes a step of folding the metal sheet by superimposing two parts of this metallic sheet. According to a variant, the step of folding includes making a plane electrical connection between the two planes conductors, by making two folds 11 and 12 substantially parallel in the sheet.
  • this method comprises a step of cutting a short circuit tab.
  • the method comprises a step for cutting a supply link.
  • the method includes a step of cutting an electrical connection over part of the width metal sheet.

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

L'invention concerne une antenne (1) d'appareil de radiocommunication, comprenant deux plans conducteurs rayonnants (2, 5) reliés électriquement (4) , une fente (3) dans au moins un des plans, une liaison d'alimentation (6) disposée sur un des plans et une liaison de court-circuit (7) relié à une masse (8), disposée sur le même plan conducteur que la liaison d'alimentation. L'invention concerne également un appareil de radiocommunication dans lequel est placée une antenne selon l'invention. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle antenne, comprenant notamment une étape de découpe d'une fente dans un feuillet métallique et une étape de pliage du feuillet métallique en superposant deux parties de ce feuillet. <IMAGE>

Description

L'invention porte sur les antennes réalisées selon la technique des pastilles. Une telle antenne est typiquement utilisée dans un domaine spectral incluant les radiofréquences et les hyperfréquences.
La plupart des antennes comportent une bande de fréquence de résonance. En émission, lorsque les antennes sont excitées dans cette bande de fréquence par une ligne d'alimentation, elles entretiennent des ondes électromagnétiques stationnaires. Ces ondes stationnaires sont ensuite couplées à des ondes électromagnétiques rayonnées dans l'espace. En réception, les ondes prennent les mêmes formes mais effectuent le trajet en sens inverse. Différentes antennes de ce type sont connues dans l'état de la technique.
Il est connu d'utiliser des microrubans sur un plan comme antenne pour transmettre des signaux. On dispose des pastilles conductrices sur la face supérieure d'un substrat diélectrique et on place une couche conductrice sur la face inférieure du substrat. Le substrat a typiquement une forme plane rectangulaire et d'épaisseur constante.
Une antenne multi-bandes est également décrite dans le document FR-A-2 772 518. Cette antenne comporte une pastille plate disposée sur la surface supérieure d'un substrat diélectrique. Une couche de masse est disposée sur la surface inférieure du substrat diélectrique. Cette antenne est du type quart d'onde car un conducteur de court-circuit, disposé sur une tranche du substrat diélectrique, relie la pastille à la couche de masse. Cette antenne présente des conducteurs de raccordement permettant la transmission de signaux entre l'antenne et un dispositif de traitement de signal.
Une publication présentée à la conférence de Davos AP 2000 par Ollikainen, Kivekäs, Toropainen et Vainikainen, fait état d'une antenne multi-bandes. Cette antenne comporte trois pastilles placées sur la surface supérieure d'un substrat en Styrofoam (marque déposée). Une couche de masse est placée sur la surface inférieure du substrat diélectrique. Une première pastille destinée à la bande basse est jointe à une deuxième pastille destinée à la bande haute. Ces deux pastilles forment ainsi un premier élément bi-bande ayant une forme en zigzag et comportant une alimentation. Cet élément bi-bande comporte un court-circuit sous forme d'une jonction avec la couche de masse. Une troisième pastille est positionnée à côté de la deuxième pastille pour obtenir une double résonance dans la bande haute, avec une largeur de bande élargie. La troisième pastille comporte un court-circuit sous forme de jonction avec la masse.
Le document Novel meandered planar inverted F-antenna for triple frequency operation publié dans Microwave and optical technology letters page 58, volume 27 N°1 du 5 octobre 2000, décrit une antenne muti-bandes. Cette antenne présente trois pastilles placées dans un même plan qu'une masse, suivant un motif "en méandres". Ces trois pastilles comportent une unique alimentation.
Ces antennes présentent des inconvénients. Elles nécessitent d'une part des pastilles plates de grandes dimensions, incompatibles avec les dimensions réduites des boítiers d'appareils de communication mobiles. D'autre part, ces antennes nécessitent le montage de charges capacitives pour élargir la bande passante ce qui accroít le coût et la complexité de l'antenne. En outre, ces antennes nécessitent le plus souvent d'être alimentées par leur centre pour présenter un bon niveau d'adaptation.
Par ailleurs, ces antennes présentent un nombre de bandes de fréquences de résonance limité et dont la largeur de bande est également limitée, et ne traitent ainsi pas toutes les bandes de fréquence utilisées pour la transmission d'information. Il peut ainsi être nécessaire d'équiper des appareils avec des antennes différentes selon leur pays d'utilisation. Elles ne permettent pas non plus d'ajuster aisément les fréquences de résonance et les largeurs de bande de ces fréquences.
Il existe donc un besoin pour une antenne qui résolve ces différents problèmes.
L'invention concerne une antenne comprenant deux plans conducteurs rayonnants reliés électriquement entre eux, une fente dans au moins un des plans conducteurs rayonnants, une liaison d'alimentation disposée sur et connectée physiquement à l'un des plans, une liaison de court-circuit, disposée et connectée physiquement sur le même plan conducteur que la liaison d'alimentation.
Selon une variante, les plans conducteurs sont reliés électriquement par un de leurs bords.
Selon une autre variante, la fente, la liaison de court-circuit et la liaison d'alimentation sont disposés dans un même plan conducteur.
Selon encore une variante, les plans conducteurs sont formés d'un feuillet métallique replié.
Selon encore une autre variante, la liaison d'alimentation est une languette formée dans le feuillet métallique.
Selon un autre mode de réalisation, la liaison de court-circuit est une languette formée dans le feuillet métallique.
Selon une variante, la fente s'étend sur les deux plans conducteurs.
Selon une autre variante, les plans conducteurs ont des dimensions différentes.
Selon encore un autre mode de réalisation, l'antenne comporte un substrat diélectrique disposé entre les deux plans conducteurs.
Selon une variante, l'antenne comporte un substrat diélectrique disposé entre un des plans conducteurs et une masse.
Selon encore une variante, au moins un des substrats est réalisé avec un matériau présentant une permittivité relative inférieure à 2.
Selon encore une autre variante, au moins un des substrats est réalisé avec un matériau présentant un facteur de dissipation inférieur à 10-3.
L'antenne peut également présenter au moins deux bandes de résonance, une des deux bandes de résonance étant formée par deux fréquences de résonance complémentaires.
Selon une variante, l'antenne présente au moins trois bandes de résonance.
L'invention concerne également un appareil de radiocommunication comprenant une antenne selon l'invention, et présente une épaisseur inférieure à 20mm, une longueur inférieure à 120mm et une largeur inférieure à 50mm.
L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'une antenne comprenant une étape de découpe dans un feuillet métallique d'une fente, d'une liaison d'alimentation, d'une liaison de court-circuit et une étape de pliage du feuillet métallique en superposant deux parties de ce feuillet.
Selon une variante, le procédé comprend en outre une étape de réalisation d'une liaison électrique plane entre les deux plans conducteurs, en réalisant deux plis sensiblement parallèles dans le feuillet.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés qui montrent :
  • figure 1, une vue en perspective d'une antenne selon un premier mode de réalisation de l'invention;
  • figure 2, une vue de dessus de l'antenne de la figure 1 dont les plans conducteurs sont alignés;
  • figure 3, représente une vue en perspective d'une antenne selon un deuxième mode de réalisation de l'invention;
  • figure 4, représente un diagramme de spectre des fréquences de réflexion typique d'une antenne selon le deuxième mode de réalisation;
  • figure 5, représente une vue de dessus d'une antenne de test dont les plans conducteurs sont alignés;
  • figure 6, un diagramme de spectre des fréquences de réflexion en entrée de l'antenne de la figure 5;
L'invention propose une antenne dans laquelle on superpose à un premier plan conducteur présentant une fente, un deuxième plan conducteur, les deux plans étant reliés électriquement.
L'antenne qui suit va être décrite dans son fonctionnement en émetteur, dans lequel elle transforme un courant électrique en champ électromagnétique. Il apparaítra clairement à l'homme de métier que le fonctionnement de l'antenne en récepteur est similaire, un champ électromagnétique étant transformé en courant électrique par l'antenne.
La figure 1 présente une vue en perspective d'une antenne selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 représente cette même antenne lorsque les plans conducteurs sont alignés dans un même plan. L'antenne 1 présente un premier plan conducteur rayonnant 2, dans lequel une fente 3 est réalisée depuis un des bords de ce plan. Sur le bord opposé, une liaison électrique 4, réalisée ici par une bande conductrice de largeur définie, relie électriquement le premier plan conducteur rayonnant 2 et un deuxième plan conducteur rayonnant 5. Le deuxième plan conducteur est superposé au premier plan conducteur comme cela est représenté à la figure 1. La superposition des plans conducteurs 2 et 5 permet de diminuer la surface de l'antenne par rapport aux antennes de l'état de la technique.
Le premier plan conducteur présente une liaison d'alimentation 6 et une liaison de court-circuit 7 reliée à une masse 8. Plus précisément, la liaison d'alimentation 6 et la liaison de court-circuit 7 sont en contact physique avec au moins l'un des plans conducteurs.
La liaison d'alimentation 6 est habituellement reliée d'autre part, à un dispositif de génération et de traitement de signaux non représenté, qui envoie un signal sous forme de courant électrique.
Un premier mode de résonance est obtenu au moyen de la fente 3, isolant deux bords du premier plan conducteur rayonnant 2. Un courant électrique contourne cette fente. Le chemin électrique part de la liaison de court-circuit jusqu'à la zone de rayonnement 21 indiquée en trait mixte sur la figure 2. Un champ électromagnétique est généré par induction au niveau de la zone de rayonnement 21. La longueur d'onde de ce champ électromagnétique est donc déterminée par la longueur de cette fente, c'est-à-dire sa plus grande dimension. Cette résonance est du type quart d'onde car la liaison de court-circuit impose un noeud de champ électrique. Ainsi, la longueur du chemin électrique est de l'ordre de λ/4, λ étant la longueur d'onde rayonnée.
Un deuxième mode de résonance est obtenu au moyen du deuxième plan conducteur rayonnant superposé au premier. Le deuxième plan conducteur est excité d'une part par couplage électromagnétique avec le premier plan conducteur, et d'autre part par couplage électrique direct avec ce même plan par l'intermédiaire de la liaison électrique 4. Ainsi, on génère une résonance du type quart d'onde dans le deuxième plan conducteur. Le champ électromagnétique est généré principalement au niveau de la zone de rayonnement 22. Cette fréquence de résonance est déterminée par les dimensions du premier et du deuxième plan conducteur. Ainsi, la longueur à considérer, pour déterminer la fréquence de résonance de ce mode, correspond sensiblement à la distance entre la liaison de court-circuit et la zone de rayonnement 22. Le plan conducteur étant court-circuité par l'intermédiaire de la liaison 4 et de la liaison de court-circuit 7, les dimensions de l'antenne peuvent ainsi être réduites pour une fréquence de résonance donnée. De plus, comme le plan conducteur 5 est superposé au plan conducteur 2, l'encombrement en surface de l'antenne est réduit.
Un troisième mode de résonance est généré dans le premier plan conducteur au moyen de la combinaison de la liaison d'alimentation et de la liaison de court-circuit. En effet, la liaison d'alimentation 6, de part sa disposition, excite directement le premier plan conducteur 2 qui, en rayonnant, excite tout à tour la fente 3 et le deuxième plan conducteur 5.
La masse fournit une résonance du type quart d'onde en imposant un noeud de champ électrique au niveau du court-circuit et un ventre au niveau du bord opposé, c'est à dire au niveau de la zone de rayonnement 23. La plus grande dimension du plan conducteur, c'est-à-dire la distance entre la liaison de court-circuit et la zone de rayonnement 23, est de l'ordre du quart de la longueur d'onde rayonnée.
Le recouvrement de la zone de rayonnement 23 du premier plan conducteur par le deuxième plan conducteur influence fortement les valeurs des fréquences f2 et f3 par couplage électromagnétique des deux plans conducteurs. Ainsi, la superposition des zones rayonnantes des deux plans conducteurs 2 et 5 provoque des modifications sensibles des valeurs des fréquences f2 et f3 par rapport aux valeurs obtenues à partir du modèle quart d'onde.
Dans le mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, on utilise un deuxième plan conducteur de dimension sensiblement différente de la dimension du premier plan conducteur. En utilisant un deuxième plan conducteur de dimensions proches de celles du premier plan conducteur, on obtient une deuxième fréquence de résonance éloignée de la troisième fréquence de résonance. Avec des dimensions de fente appropriées, on peut obtenir trois fréquences de résonance distinctes. On augmente ainsi le nombre de bandes de fréquences dans lesquelles l'antenne peut émettre. A l'opposé, en utilisant un deuxième plan conducteur de dimensions réduites, on obtient une deuxième fréquence de résonance proche de la troisième fréquence de résonance.
Dans le mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, les plans conducteurs sont reliés par la liaison électrique 4. Cette liaison 4 est ainsi disposée sur un bord des plans conducteurs 2 et 5. Elle est ici formée d'une bande métallique d'une largeur définie. Ce type de liaison, réalisé sur les bords des plans conducteurs, est plus facile à fabriquer, notamment par le procédé décrit par la suite. Cependant, dans le cadre de l'invention, il est également possible d'effectuer la liaison électrique entre les plans conducteurs ailleurs que par leur bord. On peut ainsi également les relier en des points adéquats dans leurs zones centrales.
La largeur de la liaison électrique 4 a une influence sur les valeurs des fréquences de résonance f2 et f3. Ainsi en diminuant la largeur de la liaison 4, les fréquences de résonance f2 et f3 diminuent. La localisation de la liaison 4 sur la largeur des plans 2 et 5 a également une influence sur la valeur de la fréquence de résonance f2. Plus on éloigne la liaison 4 de le la liaison de court-circuit 7, plus la fréquence f2 baisse.
La liaison d'alimentation est couplée à un émetteur ou un organe de traitement du signal par une ligne de raccordement non représentée. On peut effectuer ce raccordement par exemple à l'aide d'un câble coaxial. De façon à éviter des réflexions parasites des signaux entre la liaison d'alimentation et l'émetteur par exemple, il est préférable d'avoir une impédance uniforme le long de la ligne de raccordement. Pour cela, il est utile que la liaison de raccordement soit formée d'une languette partant d'un plan conducteur et se prolongeant pour former la ligne de raccordement.
Par ailleurs, pour avoir un gain optimal, c'est à dire un rapport entre la puissance du signal rayonné par l'antenne et la puissance du signal émis par l'émetteur, il est souhaitable que l'impédance d'entrée présentée par l'antenne soit égale à l'impédance de sortie de l'émetteur ou du dispositif de traitement du signal. De préférence, cette impédance est fixée à 50 ohms pour obtenir des pertes minimales.
Pour améliorer le gain et faciliter la fabrication de l'antenne, il est également préférable de disposer la liaison d'alimentation et/ou la liaison de court-circuit sur les bords des plans conducteurs. En disposant la liaison de court-circuit sur un des bords de l'antenne, on impose en ce point un champ électrique nul. On peut ainsi imposer à l'antenne un fonctionnement du type quart d'onde. En disposant la liaison d'alimentation sur un bord d'un plan conducteur, on augmente le niveau d'adaptation.
On dispose également de préférence la liaison d'alimentation 6 et la liaison de court-circuit 7 sur un même plan conducteur. On peut ainsi mieux contrôler l'impédance d'entrée de l'antenne. En modifiant la position relative de la liaison d'alimentation par rapport à la liaison de court-circuit, on peut modifier les fréquences de résonance ainsi que les niveaux d'adaptation. Pour cela, on place les liaisons 6 et 7 en des emplacements choisis de manière adéquate.
La figure 3 présente un deuxième mode de réalisation d'une antenne selon l'invention. Un substrat 9 est disposé entre le deuxième plan conducteur 5 et le premier plan conducteur 2. Ce substrat apporte une tenue mécanique aux plans conducteurs. Ce substrat peut également être utilisé pour maintenir les couches conductrices à une distance fixée l'une de l'autre. Il est souhaitable de choisir un matériau de substrat dont la permittivité relative est proche de celle de l'air, de préférence inférieure à 2. On choisira également de préférence un matériau présentant un très faible facteur de dissipation et plus particulièrement un facteur de dissipation inférieur à 10-3. Le gain de l'antenne est ainsi amélioré. Il est ainsi possible de réaliser le substrat 9 en mousse telle qu'une mousse polyméthacrylimide. Une telle mousse fournit une bonne tenue mécanique.
Un substrat 10 peut également être disposé entre une des couches conductrices et une masse plane 8. De façon à permettre le repliage d'une languette de retour de masse, on utilise un substrat 10 dont un bord est au même niveau ou en retrait par rapport à un bord du premier plan conducteur 2, comme cela est représenté à la figure 3. Le montage de l'antenne est ainsi simplifié. Pour améliorer le gain, il est également souhaitable de réaliser un tel substrat avec un matériau dont la permittivité relative est proche de celle de l'air, de préférence inférieure à 2. On choisira également de préférence un matériau présentant un très faible facteur de dissipation. On peut par exemple utiliser des matériaux similaires à ceux décrits pour le substrat 9. On choisit de préférence une épaisseur de substrat qui permet d'accorder les fréquences et d'élargir les bandes passantes. L'épaisseur du substrat 10 est limitée par les dimensions de l'appareil de radiocommunication.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, la fente s'étend sur sensiblement toute la longueur du premier plan conducteur. Les fréquences de résonance f2 et f3 sont assez proches. Ainsi, la résonance f2 est complémentaire de la résonance f3 pour former une bande de fréquence de plus grande largeur de bande. Comme la fente 3 s'étend sensiblement sur toute la longueur du plan conducteur 2, la fréquence de résonance f1 sera approximativement la moitié de la fréquence f3.
Dans les modes de réalisation représentés, la fente 3 présente une forme rectangulaire. Elle s'étend de manière inclinée par rapport aux bords du plan conducteur la comportant - de forme sensiblement parallélépipédique -, de sorte que sa longueur soit maximum, tout en conservant une dimension minimum du plan conducteur.
La figure 4 représente un spectre des fréquences de réflexion en entrée d'antenne, typique d'une antenne selon le deuxième mode de réalisation. Une faible réflexion de l'antenne à une fréquence donnée correspond à une résonance. On observe que les fréquences f2 et f3 sont complémentaires pour former une bande de fréquence élargie B.
La figure 5 représente une vue de dessus d'une antenne de test dont les plans conducteurs sont alignés. Cette antenne présente les dimensions suivantes:
a=40mm b=25mm c=0.75mm d=7mm
e=10mm f=5mm g=3mm h=8mm
i=22mm j=22mm k=3mm l=3mm
m=4mm n=5mm
Les plans conducteurs sont formés d'un feuillet de cuivre replié de 100µm d'épaisseur. La liaison électrique est formée par le flanc de repliement du feuillet. Cette antenne présente un substrat séparant les deux plans conducteurs et un substrat séparant le premier plan conducteur d'une masse. Les deux substrats sont réalisés en mousse polyméthacrylimide.
Le diagramme de la figure 6 représente le spectre des fréquences de réflexion en entrée de l'antenne du mode de réalisation de la figure 5. La première fréquence de résonance f1 peut être utilisée dans le domaine de l'E-GSM (880-960 MHZ). La deuxième fréquence de résonance f2 peut être utilisée dans le domaine DCS (1710-1880 MHZ) ou du PCS (1850-1990 MHZ). Elle est supérieure à la première fréquence f1 car le chemin électrique pour cette fréquence de résonance est inférieur au chemin électrique de la première fréquence de résonance. La troisième fréquence de résonance f3 est supérieure à la deuxième fréquence f2. Cette troisième fréquence f3 peut par exemple être utilisée dans le domaine UMTS (1900-2170 MHZ).
Comme pour l'antenne de test décrite, on peut utiliser un feuillet métallique replié pour former les plans conducteurs. Il est également possible de réaliser la liaison d'alimentation sous forme d'une languette réalisée dans le feuillet métallique. Il est aussi possible de réaliser la liaison de court-circuit sous forme d'une languette réalisée dans le feuillet métallique.
L'invention concerne par ailleurs un appareil de radiocommunication comprenant une antenne telle que décrite précédemment. L'antenne peut être disposée à l'intérieur d'un boítier de protection de l'appareil.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une antenne. Un tel procédé de fabrication comprend une étape de découpe d'une fente dans un feuillet métallique. Il comprend par ailleurs une étape de pliage du feuillet métallique en superposant deux parties de ce feuillet métallique. Selon une variante, l'étape de pliage comprend la réalisation d'une liaison électrique plane entre les deux plans conducteurs, en réalisant deux plis 11 et 12 sensiblement parallèles dans le feuillet.
Selon une variante, ce procédé comprend une étape de découpe d'une languette de court-circuit. Selon une autre variante, le procédé comprend une étape de découpe d'une liaison d'alimentation. Selon encore une autre variante, le procédé comprend une étape de découpe d'une liaison électrique sur une partie de la largeur du feuillet métallique.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art.
Ainsi, même si on a décrit jusqu'alors des plans conducteurs, il est également possible d'utiliser des surfaces conductrices incurvées pour épouser la forme d'un boítier de téléphone mobile par exemple. Il est également possible de réaliser une fente qui s'étend sur les deux plans conducteurs, en passant par la liaison électrique. On peut également utiliser des plans conducteurs de formes différentes des rectangles présentés, ainsi que des plans conducteurs ondulés ou incurvés. Il est encore possible de replier les languettes d'alimentation et de court-circuit le cas échéant.

Claims (18)

  1. Antenne multi-bande (1) comprenant
    deux plans conducteurs rayonnants (2, 5) reliés électriquement entre eux (4);
    une fente (3) dans au moins un des plans conducteurs rayonnants ;
    une liaison d'alimentation (6) disposée sur et connectée physiquement à l'un des plans conducteurs ;
    une liaison de court-circuit (7), disposée et connectée physiquement sur le même plan conducteur que la liaison d'alimentation.
  2. L'antenne de la revendication 1, caractérisée en ce que les plans conducteurs sont reliés électriquement (4) par un de leurs bords.
  3. L'antenne de l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la fente, la liaison de court-circuit et la liaison d'alimentation sont disposés dans un même plan conducteur.
  4. L'antenne de l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les plans conducteurs sont formés d'un feuillet métallique replié.
  5. L'antenne de la revendication 4, caractérisée en ce que la liaison d'alimentation est une languette formée dans le feuillet métallique.
  6. L'antenne de la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la liaison de court-circuit est une languette formée dans le feuillet métallique.
  7. L'antenne de l'une des revendications 1 à 7,caractérisée en ce que la fente s'étend sur les deux plans conducteurs.
  8. L'antenne de l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les plans conducteurs ont des dimensions différentes.
  9. L'antenne de l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un substrat diélectrique (9) disposé entre les deux plans conducteurs.
  10. L'antenne de l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un substrat diélectrique (10) disposé entre un des plans conducteurs et une masse (8).
  11. L'antenne de la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce qu'au moins un des substrats (9, 10) est réalisé avec un matériau présentant une permittivité relative inférieure à 2.
  12. L'antenne de l'une des revendications 9 à 11, caractérisée en ce qu'au moins un des substrats (9, 10) est réalisé avec un matériau présentant un facteur de dissipation inférieur à 10-3.
  13. L'antenne de l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente au moins deux bandes de résonance, une des deux bandes de résonance étant formée par deux fréquences de résonance complémentaires.
  14. L'antenne de l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente au moins trois bandes de résonance.
  15. Appareil de radiocommunication caractérisé en ce qu'il comprend une antenne multi-bande selon l'une des revendications précédentes.
  16. Appareil de radiocommunication selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur inférieure à 20mm, une longueur inférieure à 120mm et une largeur inférieure à 50mm.
  17. Procédé de fabrication d'une antenne multi-bande comprenant une étape de découpe dans un feuillet métallique d'une fente, d'une liaison d'alimentation, d'une liaison de court-circuit et une étape de pliage du feuillet métallique en superposant deux parties de ce feuillet.
  18. Le procédé de fabrication de la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de réalisation d'une liaison électrique plane entre les deux plans conducteurs, en réalisant deux plis (11, 12) sensiblement parallèles dans le feuillet.
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