EP1372226A1 - Combiné connecteur-interrupteur pour antenne plate - Google Patents

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EP1372226A1
EP1372226A1 EP03290817A EP03290817A EP1372226A1 EP 1372226 A1 EP1372226 A1 EP 1372226A1 EP 03290817 A EP03290817 A EP 03290817A EP 03290817 A EP03290817 A EP 03290817A EP 1372226 A1 EP1372226 A1 EP 1372226A1
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EP
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circuit
plug
antenna
hole
ground plane
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Jean Christophe Villain
Bertrand Cupif
Frédéric VOGEL
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TCT Mobile Ltd
Original Assignee
Alcatel SA
Nokia Inc
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R24/00—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/38—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts
    • H01R24/40—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency
    • H01R24/42—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency comprising impedance matching means or electrical components, e.g. filters or switches
    • H01R24/46—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency comprising impedance matching means or electrical components, e.g. filters or switches comprising switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R2103/00—Two poles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R24/00—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/38—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts
    • H01R24/40—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency
    • H01R24/50—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency mounted on a PCB [Printed Circuit Board]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S439/00—Electrical connectors
    • Y10S439/944—Coaxial connector having circuit-interrupting provision effected by mating or having "dead" contact activated after mating

Definitions

  • the present invention relates to devices which combine both a connector and a switch to disconnect an "antenna circuit", in particular of the type “Patch antenna” hereinafter referred to as flat antenna, power supply circuits thereof, while connecting these same circuits to a plug allowing a external connection of these circuits.
  • This sheet is for example connected itself to a cable to supply an antenna more efficient than the initial flat antenna.
  • Such devices are for example useful for connect a mobile phone to a fixed base.
  • the flat antenna 101 is fixed on a support 102, as well as the ground plane 103 which completes the antenna to obtain the desired radiation pattern.
  • the antenna is supplied by a spring connector 104 and the ground plane by a spring connector 105, from the transmission and / or reception circuits of radio frequency signals which are themselves fixed on a printed circuit board 106.
  • the radio frequency signal arrives on this circuit printed by a circuit 107 and grounded by a circuit 108.
  • the radio frequency signal is then routed from this circuit 107 to the spring connector 104 by via a switch 109 formed by a strip with spring 110 which can, depending on its position, ensure the continuity between circuit 107 and circuit 111 on which is supported by the spring connector 104.
  • Continuity between the lamella 110 and the circuit 111 is provided by a conductive piece 112 fixed in the insulating body 113 of the switch.
  • a rod metallic 114 perpendicular to the plane of circuit 106 is fixed on the flexible blade 110.
  • the radio frequency signal which arrives via conductor 107, goes through the blade 110, the part 112, the conductor 111 and the spring connector 104 to be finally applied to the flat antenna 101.
  • a plug 116 comprising an outer casing 117 and a central conductor 119 forming a core and separate from the conductive outer shell with a layer insulating 118.
  • This plug is conical, so that ability to fit into hole 120 in holder 102 to the right of switch 109 and also located at separation level between the flat antenna 101 and the ground plate 103.
  • the end of the central conductor 119 of file 116 comes to project at the point of this conical part at the level of a hole made in the outer casing 117.
  • the conical part of the casing 117 of the plug is placed in a controlled depression in the upper part of the conductive pot 115 of switch 119, and adapted to the conical shape of the end of the plug.
  • the contact is established between the envelope 117 of the plug and the pot 115 of the switch, which establishes the ground connection between circuit 108 and the outer envelope of the plug.
  • the invention provides a handset connector-switch to alternately connect a ground circuit respectively to a ground plane or to the external envelope of a plug, and a radio circuit frequency respectively to an antenna circuit or to the core of said plug, this ground plane and this antenna circuit being carried by the same insulating flat support comprising a hole allowing said plug to pass, mainly characterized in that the ground circuit is connected to said ground plane by a first spring connector separate from the switching means of the handset, that the planar support includes a projection hollow cylindrical with an internal cavity opening into said hole, that this hole has a hollow oval periphery adapted to the ogival shape of said plug, that the antenna circuit and the ground plane extend towards the inside of the hole while conforming at said hollow oval periphery, and that the combined further includes a second spring connector placed in said internal cavity and comprising a rod central unit fitted with a flange and pushed in one direction by
  • the handset includes a coplanar printed circuit board to the said planar support supporting said ground circuit and said radio frequency circuit; said cylindrical outgrowth coming to rest on the printed circuit board and the second spring connector also coming to bear on the circuit board at the circuit radio frequency by its opposite end to that allowing to establish contact with the file.
  • the extension of the antenna circuit inside the hole is enough long to serve as a retainer for said central rod by through the collar carried by this rod Central.
  • the device according to the invention also includes a planar antenna 201 and a plane of mass 203 fixed on a support 202, as well as a printed circuit board 106 which has a circuit radio frequency signal 207 and a ground circuit 208.
  • Plug 116 intended to connect to this device is identical to that of FIGS. 1 and 2.
  • the ground circuit 208 is connected to the ground plane 203 via a spring connector 105, the same way as in figure 1. However this circuit 208 is only connected to the spring connector 105.
  • the support 202 includes a projection 213 in cylinder shape perpendicular to the plane of this support, that of the printed circuit board 106, and that antenna and ground plane. This outgrowth is hollow and its axis coincides with that of plug 116 in the position where it is connected to the device.
  • the interior cavity of cylinder 213 contains a second spring contactor 204, the base of which is direct contact with circuit 207 receiving the signal radio frequency.
  • the upper end of the internal cavity of the cylinder 213 comes to open on the surface of the support 202 by forming a conical cavity 220.
  • the conductive sheet forming the flat antenna 201 is stamped in the shape of this conical cavity 220 for come out inside the cylindrical cavity internal of cylinder 213.
  • the metallic sheet making up the ground plane 203 is stamped to the shape of the cavity conical 220 to open into this cylindrical cavity internal of cylinder 213.
  • the lengths of the 227 parts of the flat antenna on the one hand, and 228 of the ground plane on the other hand, which lead into this interior are such that the end the flat antenna is located closer to the circuit printed 106 as is the end of the ground plane.
  • the spring contact 204 comprises, so known, a movable rod 224 which is pushed upwards by a spring 225.
  • This rod has at its end upper, slightly lower than this, a flange 226 which is wider than the space between ends 227 and 228 respectively of the flat antenna and the ground plane which open into the internal cavity outgrowth 213.
  • the flat antenna 201 is therefore supplied by the spring connector 204 from circuit 207, and the ground plane 203 is connected to ground circuit 208 by through the spring connector 205.
  • the plug When the plug is fully inserted in the oval hole 220, it is locked in position connected by mechanical means such as those mentioned above, and the ground contact is then established between the ground plane 203 and the outer envelope 117 of the form through part 228 of the plan mass.
  • the flat antenna 201 is itself connected to the outer envelope 117 through its part 227.
  • the platform antenna with the ground plane a plane of single mass, enlarged and substantially continuous, which further improves the performance of the assembly.
  • the oval hole 220 is much smaller as the oval hole 120 of the prior art, which increases the dimensions of the flat antenna and therefore its efficiency.

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

L'invention concerne les dispositifs qui permettent de raccorder une fiche (116) à un circuit radio fréquence (207) en coupant simultanément la connection de ce circuit radio fréquence à une antenne plate (201). Elle consiste à utiliser les extrémités du plan de masse (203) et de l'antenne plate (201) pour établir directement respectivement le contact de l'enveloppe extérieure (116) de la fiche avec le plan de masse (203) lorsque la fiche est connectée, et le contact entre un connecteur à ressort (204) lui-même connecté au circuit radio fréquence (207) et l'antenne plate (201) lorsque la fiche est déconnectée. Ce connecteur à ressort (204) est retenu prisonnier dans une excroissance cylindrique (213) du support (202) de l'antenne plate et du plan de masse. <IMAGE>

Description

La présente invention se rapporte aux dispositifs qui combinent à la fois un connecteur et un interrupteur pour déconnecter un « circuit antenne » notamment de type « patch antenna » dénommée dans la suite antenne plate, des circuits d'alimentation de celle-ci, tout en connectant ces mêmes circuits à une fiche permettant une connection extérieure de ces circuits. Cette fiche est par exemple reliée elle-même à un câble pour alimenter une antenne plus efficace que l'antenne plate initiale. De tels dispositifs sont par exemple utiles pour raccorder un téléphone portable à une base fixe.
Un tel dispositif actuellement connu est représenté dans son état déconnecté sur la figure 1, et dans son état connecté sur la figure 2.
L'antenne plate 101 est fixée sur un support 102, ainsi que le plan de masse 103 qui complète l'antenne pour obtenir le diagramme de rayonnement souhaité. L'antenne est alimentée par un connecteur à ressort 104 et le plan de masse par un connecteur à ressort 105, depuis les circuits d'émission et/ou de réception des signaux radio fréquence qui sont eux-mêmes fixés sur une plaque de circuit imprimé 106.
Le signal radio fréquence arrive sur ce circuit imprimé par un circuit 107 et la masse par un circuit 108. Le signal radio fréquence est alors acheminé depuis ce circuit 107 jusqu'au connecteur à ressort 104 par l'intermédiaire d'un interrupteur 109 formé d'une lamelle à ressort 110 qui peut, selon sa position, assurer la continuité entre le circuit 107 et un circuit 111 sur lequel vient s'appuyer le connecteur à ressort 104.
La continuité entre la lamelle 110 et le circuit 111 est assurée par une pièce conductrice 112 fixée dans le corps 113 isolant de l'interrupteur. Une tige métallique 114 perpendiculaire au plan du circuit 106 est fixée sur la lame flexible 110.
Lorsqu'une pression est exercée sur l'extrémité de cette tige, elle fait fléchir la lame 110 et coupe la communication entre cette lame et la pièce 112. Le corps 113 est lui-même entouré par un pot 115 conducteur qui est relié au circuit de masse 118 pour pouvoir obtenir la reprise de masse comme décrit ci-après.
Dans l'état déconnecté illustré sur la figure 1, le signal radio fréquence, qui arrive par le conducteur 107, passe par la lame 110, la pièce 112, le conducteur 111 et le connecteur à ressort 104 pour être finalement appliqué à l'antenne plate 101.
Pour pouvoir utiliser une antenne extérieure, ou éventuellement un circuit de mesure, on utilise une fiche 116 comportant une enveloppe extérieure 117 et un conducteur central 119 formant âme et séparé de l'enveloppe extérieure conductrice par une couche isolante 118.
Cette fiche est de forme conique, de manière à pouvoir rentrer dans un trou 120 ménagé dans le support 102 au droit de l'interrupteur 109 et situé également au niveau de séparation entre l'antenne plate 101 et la plaque de masse 103. L'extrémité du conducteur central 119 de la fiche 116 vient faire saillie à la pointe de cette partie conique au niveau d'un trou ménagé dans l'enveloppe extérieure 117.
Lorsqu'on abaisse la fiche pour venir l'insérer dans le trou 120, l'extrémité de l'âme 119 vient faire pression sur la tige 114, ce qui fait fléchir la lame 110 et interrompt la transmission du signal radio fréquence vers la pièce 112, et donc vers l'antenne plate 101. Le signal radio fréquence est par contre alors appliqué à l'âme 119 de la fiche, de manière à pouvoir être transmis vers les circuits connectés à cette fiche, qui ne sont pas représentés sur la figure.
Simultanément, la partie conique de l'enveloppe 117 de la fiche vient se placer dans une dépression ménagée dans la partie supérieure du pot conducteur 115 de l'interrupteur 119, et adaptée à la forme conique de l'extrémité de la fiche. De cette manière, le contact est établi entre l'enveloppe 117 de la fiche et le pot 115 de l'interrupteur, ce qui établit la connexion de masse entre le circuit 108 et l'enveloppe extérieure de la fiche.
Des moyens mécaniques non représentés, mais connus de l'homme de l'art, permettent d'assurer la fixation mécanique de ces pièces ensemble.
Ce système fonctionne bien, mais il présente l'inconvénient d'être d'une taille importante et de réduire en conséquence la surface de l'antenne plate, ce qui diminue donc les performances de celle-ci.
Pour pouvoir diminuer les dimensions de ce système et pouvoir augmenter la surface, et donc l'efficacité, de l'antenne plate, l'invention propose un combiné connecteur-interrupteur pour connecter alternativement un circuit de masse respectivement à un plan de masse ou à l'enveloppe externe d'une fiche, et un circuit radio fréquence respectivement à un circuit antenne ou à l'âme de ladite fiche, ce plan de masse et ce circuit antenne étant portés par un même support plan isolant comportant un trou permettant de laisser passer ladite fiche, principalement caractérisé en ce que le circuit de masse est connecté audit plan de masse par un premier connecteur à ressort distinct des moyens de commutation du combiné, que le support plan comprend une excroissance cylindrique creuse comportant une cavité interne débouchant dans ledit trou, que ce trou comporte une périphérie creuse ovale adaptée à la forme ogivale de ladite fiche, que le circuit antenne et le plan de masse se prolongent vers l'intérieur du trou en étant conformes à ladite périphérie creuse ovale, et que le combiné comporte en outre un deuxième connecteur à ressort placé dans ladite cavité interne et comprenant une tige centrale munie d'une collerette et poussée dans un sens par un ressort pour établir le contact avec le circuit antenne lorsque ladite fiche est enlevée, et pour établir le contact avec ladite âme en coupant le contact avec le circuit antenne lorsque ladite fiche est enfoncée dans le trou en poussant ladite tige dans l'autre sens.
Selon une autre caractéristique, le combiné comprend une plaque de circuit imprimé coplanaire au dit support plan supportant ledit circuit de masse et ledit circuit radio fréquence; ladite excroissance cylindrique venant s'appuyer sur la plaque de circuit imprimé et le deuxième connecteur à ressort venant lui aussi s'appuyer sur la plaque de circuit imprimé au niveau du circuit radio fréquence par son extrémité opposée à celle permettant d'établir le contact avec la fiche.
Selon une autre caractéristique, le prolongement du circuit antenne à l'intérieur du trou est suffisamment long pour servir d'arrêtoir à ladite tige centrale par l'intermédiaire de la collerette portée par cette tige centrale.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaítront clairement dans la description suivante, faite en regard des figures annexées qui représentent :
  • Les figures 1 et 2, des vues en coupe d'un dispositif connu, dans deux états respectivement non connecté et connecté ; et
  • Les figures 3 et 4, des vues en coupe d'un dispositif selon l'invention, dans les mêmes états non connecté et connecté.
Le dispositif selon l'invention, représenté schématiquement et en coupe sur les figures 3 et 4, comprend lui aussi une antenne plane 201 et un plan de masse 203 fixés sur un support 202, ainsi qu'une plaquette de circuit imprimé 106 qui comporte un circuit de signal radio fréquence 207 et un circuit de masse 208.
La fiche 116 destinée à venir se connecter sur ce dispositif est identique à celle des figures 1 et 2.
Le circuit de masse 208 est relié au plan de masse 203 par l'intermédiaire d'un connecteur à ressort 105, de la même manière que sur la figure 1. Toutefois ce circuit 208 est seulement connecté au connecteur à ressort 105.
Le support 202 comprend une excroissance 213 en forme de cylindre perpendiculaire au plan de ce support, de celui de la plaque de circuit imprimé 106, et de celui de l'antenne et du plan de masse. Cette excroissance est creuse et son axe est confondu avec celui de la fiche 116 dans la position où celle-ci est connectée sur le dispositif.
La cavité intérieure du cylindre 213 contient un deuxième contacteur à ressort 204 dont la base est en contact direct avec le circuit 207 recevant le signal radio fréquence.
L'extrémité supérieure de la cavité interne du cylindre 213 vient déboucher à la surface du support 202 en formant une cavité conique 220.
La feuille conductrice formant l'antenne plate 201 est emboutie à la forme de cette cavité conique 220 pour venir déboucher à l'intérieur de la cavité cylindrique interne du cylindre 213.
De la même manière, la feuille métallique composant le plan de masse 203 est emboutie à la forme de la cavité conique 220 pour déboucher dans cette cavité cylindrique interne du cylindre 213.
Les longueurs des parties 227 de l'antenne plate d'une part, et 228 du plan de masse d'autre part, qui débouchent dans cet intérieur sont telles que l'extrémité de l'antenne plate soit située plus près du circuit imprimé 106 que ne l'est l'extrémité du plan de masse.
Le contact à ressort 204 comporte, de manière connue, une tige mobile 224 qui est poussée vers le haut par un ressort 225. Cette tige comporte à son extrémité supérieure, un peu plus bas que celle-ci, une collerette 226 qui est plus large que l'espace existant entre les extrémités 227 et 228 respectivement de l'antenne plate et du plan de masse qui débouchent dans la cavité interne de l'excroissance 213.
De cette manière, sous la poussée du ressort 225 la tige 224 vient faire contact avec l'antenne plate 201 sans faire contact avec le plan de masse 203, en raison des dimensions différentes, explicités plus haut, des extrémités de ces deux organes.
Dans le cas non connecté représenté sur la figure 3, l'antenne plate 201 est donc alimentée par le connecteur à ressort 204 à partir du circuit 207, et le plan de masse 203 est relié au circuit de masse 208 par l'intermédiaire du connecteur à ressort 205.
En faisant descendre la fiche 216 dans le trou ovale 220, comme représenté sur la figure 4, l'extrémité de l'âme 119 de la fiche 116 vient appuyer sur l'extrémité de la tige 224, ce qui la pousse vers le bas en comprimant le ressort 225. Cette action entraíne d'une part la déconnexion de l'antenne plate 201 de la tige 224 et donc du circuit d'alimentation radio fréquence 207, et la connexion de cette tige 224 à l'âme 119 de la fiche 116. Cette fiche est donc alimentée par le signal radio fréquence appliqué au circuit 207, par l'intermédiaire du connecteur à ressort 204.
Lorsque la fiche est entièrement insérée dans le trou ovale 220, celle-ci est verrouillée en position connectée par des moyens mécaniques tels que ceux cités plus haut, et le contact de masse est alors établi entre le plan de masse 203 et l'enveloppe extérieure 117 de la fiche par l'intermédiaire de la partie 228 du plan de masse.
En outre l'antenne plate 201 est elle-même reliée à l'enveloppe extérieure 117 par l'intermédiaire de sa partie 227. On constate que dans cette position connectée l'antenne plate forme avec le plan de masse un plan de masse unique, agrandi et sensiblement continu, ce qui améliore d'autant plus les performances de l'ensemble.
En outre, conformément au but principal de l'invention, le trou ovale 220 est beaucoup plus petit que le trou ovale 120 de l'art antérieur, ce qui augmente les dimensions de l'antenne plate et donc son efficacité.
Enfin l'ensemble des organes participant à la connexion et à la déconnexion est en nombre beaucoup plus restreint, ce qui augmente la simplicité, et donc la fiabilité, de l'ensemble tout en en diminuant le coût de réalisation.

Claims (4)

  1. Combiné connecteur-interrupteur pour connecter alternativement un circuit de masse (208) respectivement à un plan de masse (203) ou à l'enveloppe externe (117) d'une fiche (116), et un circuit radio fréquence (207) respectivement à un circuit antenne (201) ou à l'âme (119) de ladite fiche, ce plan de masse et ce circuit antenne étant portés par un même support plan isolant (202) comportant un trou (220) permettant de laisser passer ladite fiche (116), caractérisé en ce que :
    le circuit de masse (208) est connecté audit plan de masse (203) par un premier connecteur à ressort (105) distinct des moyens de commutation du combiné,
    le support plan comprend une excroissance cylindrique creuse (213) comportant une cavité interne débouchant dans ledit trou (220),
    ledit trou comporte une périphérie creuse ovale adaptée à la forme ogivale de ladite fiche (116),
    le circuit antenne et le plan de masse se prolongent vers l'intérieur du trou en étant conformes à ladite périphérie creuse ovale,
    le combiné comporte en outre un deuxième connecteur à ressort (204) placé dans ladite cavité interne et comprenant une tige centrale (224) munie d'une collerette et poussée dans un sens par un élément ressort (225) pour établir le contact avec le circuit antenne lorsque ladite fiche est enlevée, et pour établir le contact avec ladite âme en coupant le contact avec le circuit antenne lorsque ladite fiche est enfoncée dans le trou en poussant ladite tige dans l'autre sens.
  2. Combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de circuit imprimé (106) coplanaire au dit support plan (202) supportant ledit circuit de masse (208) et ledit circuit radio fréquence (207); ladite excroissance cylindrique (213) venant s'appuyer sur la plaque de circuit imprimé (106) et le deuxième connecteur à ressort (204) venant lui aussi s'appuyer sur la plaque de circuit imprimé (106) au niveau du circuit radio fréquence (207) par son extrémité opposée à celle permettant d'établir le contact avec la fiche (116).
  3. Combiné selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le prolongement (227) du circuit antenne à l'intérieur du trou (220) est suffisamment long pour servir d'arrêtoir à ladite tige centrale (224) par l'intermédiaire de la collerette (226) portée par cette tige centrale.
  4. Combiné selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit antenne est de type « patch antenna » dénommée antenne plate.
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AT (1) ATE329388T1 (fr)
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