EP1407513B1 - Antenne pour montre-bracelet - Google Patents

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EP1407513B1
EP1407513B1 EP02764633A EP02764633A EP1407513B1 EP 1407513 B1 EP1407513 B1 EP 1407513B1 EP 02764633 A EP02764633 A EP 02764633A EP 02764633 A EP02764633 A EP 02764633A EP 1407513 B1 EP1407513 B1 EP 1407513B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
ground plane
ground
instrument
electronic module
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02764633A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1407513A1 (fr
Inventor
David Barras
Brice Robin
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ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Original Assignee
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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Filing date
Publication date
Application filed by ETA SA Manufacture Horlogere Suisse filed Critical ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Priority to EP02764633A priority Critical patent/EP1407513B1/fr
Publication of EP1407513A1 publication Critical patent/EP1407513A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1407513B1 publication Critical patent/EP1407513B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G21/00—Input or output devices integrated in time-pieces
    • G04G21/04—Input or output devices integrated in time-pieces using radio waves
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04R—RADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • G04R60/00—Constructional details
    • G04R60/06—Antennas attached to or integrated in clock or watch bodies
    • G04R60/08—Antennas attached to or integrated in clock or watch bodies inside bezels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/273—Adaptation for carrying or wearing by persons or animals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Definitions

  • the present invention relates generally to an antenna of the type patch for portable electronic instrument of small volume, in particular for a timepiece.
  • This antenna is particularly intended to allow the reception of positioning and navigation signals by satellites and to be so incorporated in a positioning and navigation signal receiver, such as a receiver compatible with the American GPS positioning system, the system GLONASS positioning system or the future positioning system by European GALILÉO satellites.
  • the invention also relates to an instrument portable electronics comprising such a patch antenna.
  • a patch antenna also called microstrip antenna
  • the general shape of this type of antenna is generally parallelepiped.
  • Excitation and ground conductors are respectively connected to this radiant element and this ground plane.
  • These conductors are typically made in the form of a coaxial connector where the internal conductor forms the excitation conductor and the external conductor forms it ground conductor.
  • This type of antenna is used in particular in receivers GPS or the like for receiving positioning signals by satellites.
  • the document EP 0 982 639 describes for example an electronic instrument intended to be worn on the wrist of a user, this instrument being equipped with a patch type antenna allowing in particular the reception of GPS signals.
  • various variant embodiments are presented in this document, the patch antenna being placed in each of these variants in the immediate vicinity of the display device and on the surface of a printed circuit.
  • GPS watch - An analog quartz watch equipped with a very low consumption GPS receiver
  • P.-A. Farine et al. (Asulab SA), European Chronometry Congress, CEC 2000, Geneva, September 28-29 2000, session 7, communication 19
  • the patch antenna is placed in the 12 o'clock zone of the watch on its ground plane itself located on the main printed circuit of the watch.
  • the dimensions of this antenna are approximately of the order of 13 x 13 x 4 mm 2 .
  • WO-A-99/57785 and WO-A-01/37369 describe the connection of a "Patch" type antenna to a printed circuit (PCB).
  • a main object of the present invention is thus to provide a antenna configuration for a low volume portable electronic instrument which offers better flexibility for the design of the electronic instrument and the construction makes it possible, if necessary, to use metallic materials for the realization of the external dressing of the instrument.
  • Another object of the present invention is to propose such a solution which however provides robust mechanical support for the antenna while facilitating and simplifying its electrical connection to the electronic module of the portable instrument.
  • the present invention thus relates to a patch type antenna whose Features are set out in independent claim 1.
  • the present invention also relates to an electronic instrument portable of small volume, such as a wristwatch, the characteristics of which are set out in claim 6.
  • the assembly and connection of the antenna is greatly facilitated. It is indeed no need to provide the instrument with a separate pair of conductors, such as a coaxial conductor, to allow the excitation of the antenna, the ground conductor advantageously forming an integral part of the antenna ground plane.
  • the antenna layout is such that the various electronic components and electrical instrument are located substantially behind the ground plane of the antenna, this is an advantage in order to reduce interference with the antenna.
  • FIG. 1 shows a plan view of a portable electronic instrument according to the invention indicated generally by the reference numeral 1 and advantageously being in the form of a wristwatch.
  • This wristwatch 1 is in particular equipped with an antenna 20 electrically connected to an electronic module (6 in FIG. 2) placed inside the wristwatch.
  • this antenna 20 is intended to allow the reception of radiofrequency signals emitted by one or more distant emission sources. More particularly, this antenna is intended to allow the reception of positioning and navigation signals by satellites, such as GPS signals ( G lobal P ositioning S ystem) coming from the American system NAVSTAR or other positioning signals by satellites coming from systems analogues such as the Russian GLONASS system or the future European satellite positioning system GALILEO.
  • GPS signals G lobal P ositioning S ystem
  • Wristwatch 1 has a general appearance similar to a wristwatch conventional and comprises, in addition to the antenna 20, a designated housing overall by the reference numeral 2, a bracelet (not shown) attached to the case 2, a window 3 under which is disposed a display device 5 enclosed in the housing 2 (such as a liquid crystal display), and control members 12 to 16, namely five push-buttons placed one (16) at 6 o'clock and the other four (12 15) on the periphery of the housing 2.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the wristwatch 1 illustrated in the figure 1 taken along the cutting line A-A 'parallel to the axis 6 am to 12 pm and passing through the center of the wristwatch.
  • the wristwatch 1 further comprises, arranged inside the housing 2, a module electronics 6 comprising in particular a printed circuit 60, on which are mounted the various electronic and electrical components of the instrument, as well as a electric power supply source 10 supplying in particular the module electronics 6 and the display device 5.
  • the power source 10 consists of a rechargeable accumulator placed in the bottom of the housing 2.
  • This power source 10 could nevertheless consist of a battery conventional (in which case a battery door should preferably be provided in the bottom of the case to allow its exchange) or any other source capable of providing an adequate supply of electrical energy.
  • the display device 5 namely a liquid crystal display
  • the display device 5 is connected electrically to the electronic module 6 by a flexible connector 50.
  • a sheet light-emitting lamp designated by the reference numeral 56 is interposed between the display device 5 and the electronic module 6.
  • This electroluminescent sheet 56 is electrically connected to the electronic module 6 by a pair of connectors designated 57, only one of them being illustrated by way of explanation in FIG. 2.
  • Each of these connectors 57 comprises a lug and a contact spring.
  • the housing 2 comprises a covering body 4 having a bottom 4a and side walls 4b as well as a lens element 7 fitted on the body dressing 4a.
  • the bottom 4a and the side walls 4b are preferably made of a part, although it is conceivable to provide two separate parts assembled one to the other, and together form, in this example, a case-back of the wristwatch 1 on which the bracelet is typically attached (not shown).
  • the spectacle element 7 is adjusted to the covering body 4, or more exactly on the side walls 4b of the covering body 4, and supports the glass 3, the latter preferably being glued or welded to the element 7.
  • this lens element 7 is made of plastic material and the glass 3 is for example welded by a known ultrasonic process.
  • the spectacle element 7 is preferably tightly adjusted on the covering body, for example by means of an O-ring 30 placed between a shoulder formed on the periphery of the element 7 and a similar shoulder formed on the side walls 4b of the covering body 4.
  • the antenna 20 is supported mechanically by the telescope element 7 and rests on an outer face, designated 7a, of this element.
  • This antenna 20 can optionally be glued to this outer face 7a or maintained by other suitable fixing means.
  • the antenna 20 is advantageously placed at 12 o'clock and in an inclined position relative to in the plane, designated ⁇ , in which the display device 5 and the module are located electronics 6. In this way, the antenna is advantageously oriented substantially upwards to optimize the reception of GPS signals for the natural position of the wrist when the wearer reads the information on the display device 5.
  • the element 7 also supports the organs of order 12 to 16 of the wristwatch.
  • the wristwatch 1 further comprises an element additional 8 forming casing circle disposed in the housing 2 between the element forming bezel 7 and the bottom 4a of the covering body 4.
  • the elements 7 and 8 form sort of the upper and lower parts of a container inside which are enclosed the display device 5 and the electronic module 6.
  • the source supply 10 is disposed between the element forming a casing circle 8 and the bottom 4a of the covering body 4. It will be readily understood that this accumulator could alternatively be enclosed between elements 7 and 8 with the display device 5 and the electronic module 6.
  • the covering body 4 is made of metallic material and the lens element 7 (as well as element 8) is made of plastic material.
  • An external covering element, designated by the reference numeral 11 (cf. FIG. 1), of essentially annular shape is further adjusted on element 7, for example by clipping, in order to cover this element 7.
  • the covering element ring 11 is preferably made of a metallic material similar to material used for the production of the covering body 4 and has an opening 11a (indicated in FIG. 1) in which the antenna 20 is housed. protection made of dielectric material 9 is also attached to the forming element telescope 7 in order to protect the antenna 20 from the external environment.
  • the annular covering element 11 and the cover of protection 9 could be made in one piece from a material which does not disturb the antenna operation 20.
  • the patch antenna 20 is essentially rectangular in shape with a radiant element 21 separated from a larger ground plane 23 by a dielectric 22, such as a ceramic element.
  • the radiant element 21 is excited by a excitation conductor 25 isolated from the ground plane 23 and passing through the dielectric 22 to be connected to the electronic module 6, the element 7 being provided with a opening 7c allowing the passage of this excitation conductor 25.
  • the plane of ground 23 is electrically connected to the electronic module by a separate ground conductor 26 also passing through the opening 7c.
  • the antenna 20 thus rests on the outer face 7a of the lens element 7 by its ground plane 23.
  • this type of antenna is generally placed directly on the surface of the module this presents the drawbacks already mentioned, namely greater interference with watch electronics requiring specific shielding as well as the impossibility, if desired, of making the case in a metallic material.
  • the ground plane 23 of the antenna 20 will be preferably bonded to the outer face 7a of the lens element 7.
  • FIGS. 3a and 3b thus respectively show a view in section and a plan view of the patch 20 antenna used for the first embodiment of the invention.
  • the excitation conductor 25 is off-center relative to the center of symmetry of the radiant element 21, this in particular so that the antenna 20 has a circular type polarization. Note that this off-center also participates in the definition of the antenna impedance.
  • the distance separating the excitation conductor 25 from the ground conductor 26 is in additionally selected in a conventional manner to allow adaptation the antenna to the associated receiving circuit. Note that the geometry specific of the connector 25, 26 defines the characteristic impedance of the antenna.
  • the ground plane 23 comprises two feet 26a and 26b extending out of the ground plane 23 and forming the conductor of mass 26. It will be noted that these feet 26a and 26b are arranged so that they are symmetrically arranged on either side of the excitation conductor 25.
  • the figures 4a and 4b show in more detail the structure of the ground plane 23.
  • This plane mass 23 is advantageously made from a metal plate formed by a conventional stamping process. This plate is initially cut from so that it has a central opening 23a into which projects a extension 23b essentially having the shape of a "U" opening in the central opening 23a and from which the feet 26a are finally formed, 26b.
  • the structure of the ground plane 23, at the end of the cutting operation, is illustrated in broken lines in Figure 4b, the feet being designated at this stage by the numerical references 26a * and 26b *. Extension 23b is subsequently folded so that the feet 26a, 26b thus formed extend outside the plane of mass 23 as illustrated.
  • the excitation conductor 25 is formed of so as to present a similar profile as illustrated in Figures 3a and 3b. In this example, the profile of the feet 26a, 26b and of the excitation conductor 25 is chosen to so as to allow inclined positioning of the antenna 20 relative to the module electronics to which this antenna is connected.
  • the ground conductor 26 forms part integral of the ground plane 23, thus greatly simplifying the connection of the antenna 20 to the electronic module 6, although this antenna 20 does not rest directly on the electronic module 6.
  • the ground conductor 26, namely the feet 26a and 26b of the plane of ground 23, and the excitation conductor 25 are connected directly by welding to the printed circuit 60 of the electronic module 6, contact openings correspondents being provided in the printed circuit 60.
  • the proposed antenna connector formed by conductors 25, 26 makes it possible to define a line whose impedance is adapted between the antenna and the line (not shown) on the printed circuit 60 and thus to minimize losses by mismatch (or “mismatch loss”).
  • Figure 5 shows for example another conceivable embodiment of the invention in which the antenna ground plane is an integral part of a shielding plate of the portable electronic instrument. Unlike the embodiment of Figures 1 and 2, it will be noted that the ground plane 23 of the antenna no longer rests on an element additional mechanical (such as the lens element 7) but is integral with the shielding of the instrument electronics. It goes without saying that the construction of Figure 5 is suitable for making a portable instrument fitted with a non-metallic material (e.g. plastic), or, in general, a non-metallic material not disturbing the operation of the antenna.
  • a non-metallic material e.g. plastic
  • the wristwatch constituting another mode for producing a portable electronic instrument according to the invention is identified globally by the numerical reference 1 *.
  • the device display 5 connected by its flexible connector 50 to the printed circuit 60 of the module electronic 6, the electroluminescent sheet placed under the display device 5, the power source 10 as well as the patch antenna 20 with its radiant element 21, its dielectric 22, its ground plane 23 and its excitation conductors 25 and mass 26.
  • These elements 5, 6, 10 and 20 are enclosed in a box designated here by the numerical reference 2 * and composed of two nested parts 4a * and 4b *.
  • the lower part 4a * in this example forms a back-middle part of the instrument and element 4b * attached to the upper part forms a sort of cover for the instrument case 4b *.
  • the instrument comprises by elsewhere shielding elements 100 * and 102 * disposed respectively on the faces upper and lower of the printed circuit 60.
  • the element of upper shield 100 * consists of a stamped metal plate, part of which terminal constitutes the ground plane 23 of the antenna 20.
  • the ground plane of the antenna 23 makes integral part of the antenna shielding structure. Note that the antenna is always placed at a distance from the printed circuit 60 and does not rest directly on one side of this printed circuit 60. This configuration frees up space on electronic module 6 and dispose of most of the electrical components and electronics of the instrument on the back of the antenna to improve the operating characteristics. In addition, we have a sort of better flexibility for the design of the instrument casing. Finally, the electrical connection of the antenna 20 to the electronic module 6 remains facilitated by the the earth conductor 26 of the antenna is an integral part of the plane of mass 23.
  • the antenna 20 is again arranged in a plane inclined relative to the plane in which the display device 5 and the electronic module 6, this in order to optimize the orientation of the antenna for a reception of positioning signals during normal data reading displayed by the display device 5.
  • the present invention is not limited to a wristwatch as illustrated in the figures, but applies to all other portable instrument that may or may not be worn on the wrist.
  • the antenna is always illustrated as being arranged at 12 o'clock, this antenna can obviously be placed in other eccentric positions, for example at 9 hours, 3 hours or 6 hours, even on the diagonals.

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Abstract

Il est décrit une antenne de type patch (20) pour instrument électronique portable de petit volume comprenant un élément radiant (21) séparé d'un plan de masse (23) par un diélectrique (22) et comprenant des conducteurs d'excitation (25) et de masse (26) pour la connexion électrique dudit élément radiant et dudit plan de masse (23), respectivement, à un module électronique (6). Le plan de masse (23) est forme d'une plaque de métal étampée comportant au moins un pied replie (26a, 26b) hors dudit plan de masse et reliant directement ledit plan de masse (23) au dit module électronique (6), ce pied (26a, 26b) formant ledit conducteur de masse (26) de l'antenne.

Description

La présente invention concerne de manière générale une antenne de type patch pour instrument électronique portable de petit volume, notamment pour une pièce d'horlogerie. Cette antenne est pius particulièrement destinée à permettre la réception de signaux de positionnement et de navigation par satellites et à être ainsi incorporée dans un récepteur de signaux de positionnement et de navigation, tel un récepteur compatible avec le système de positionnement américain GPS, le système de positionnement russe GLONASS ou encore le futur système de positionnement par satellites européen GALILÉO. L'invention concerne également un instrument électronique portable comprenant une telle antenne patch.
Une antenne patch (également dénommée antenne microruban) comporte typiquement un plan de masse et un élément radiant séparé de ce plan de masse par un diélectrique, tel un matériau céramique. La forme générale de ce type d'antenne est généralement parallélépipédique. Des conducteurs d'excitation et de masse sont respectivement connectés à cet élément radiant et ce plan de masse. Ces conducteurs sont typiquement réalisés sous la forme d'un connecteur coaxial où le conducteur interne forme le conducteur d'excitation et le conducteur externe le conducteur de masse. Ce type d'antenne est notamment utilisé dans des récepteurs GPS ou analogues pour assurer la réception de signaux de positionnement par satellites.
Le document EP 0 982 639 décrit par exemple un instrument électronique destiné à être porté au poignet d'un utilisateur, cet instrument étant équipé d'une antenne de type patch permettant notamment la réception de signaux GPS. Diverses variantes de réalisation sont présentées dans ce document, l'antenne patch étant placée dans chacune de ces variantes au voisinage direct du dispositif d'affichage et sur la surface d'un circuit imprimé.
Le document « GPS watch ― Une montre à quartz analogique équipée d'un récepteur GPS à très faible consommation » de P.-A. Farine et consorts (Asulab S.A.), Congrès Européen de Chronomètrie, CEC 2000, Genève, 28-29 septembre 2000, session 7, communication 19, présente encore un exemple d'un instrument électronique se présentant sous la forme d'une montre-bracelet comprenant un récepteur GPS et une antenne patch. Dans cet exemple, l'antenne patch est placée dans la zone 12 heures de la montre sur son plan de masse situé lui-même sur le circuit imprimé principal de la montre Les dimensions de cette antenne sont approximativement de l'ordre de 13 x 13 x 4 mm2.
Les documents WO-A-99/57785 et WO-A-01/37369 décrivent la connexion d'une antenne de type "Patch" à un circuit imprimé (PCB).
L'un des désavantages des solutions ci-dessus réside dans le fait que l'antenne et son plan de masse reposent directement sur une face du circuit imprimé et à proximité des composants électroniques de l'instrument, cette proximité nécessitant une disposition particulière des composants et l'élaboration d'un blindage relativement compliqué afin de réduire voire éviter les perturbations mutuelles entre l'antenne et les composants électroniques, notamment le dispositif d'affichage et le module électronique. Ce blindage complique passablement les opérations d'assemblage des divers éléments et composants de cet instrument électronique.
Un autre désavantage des solutions susmentionnées réside dans le fait que l'habillage externe de l'instrument est nécessairement réalisé dans un matériau ne perturbant pas le fonctionnement de l'antenne, notamment un matériau non métallique. L'esthétique de l'instrument est par ailleurs tributaire du choix limité de matériaux pouvant être utilisés pour réaliser l'habillage de l'instrument.
Un but principal de la présente invention est ainsi de proposer une configuration d'antenne pour un instrument électronique portable de faible volume qui offre une meilleure flexibilité pour la conception de l'instrument électronique et dont la construction rend le cas échéant possible l'utilisation de matériaux métalliques pour la réalisation de l'habillage externe de l'instrument.
Un autre but de la présente invention est de proposer une telle solution qui assure cependant un support mécanique robuste de l'antenne tout en facilitant et simplifiant sa connexion électrique au module électronique de l'instrument portable.
La présente invention a ainsi pour objet une antenne de type patch dont les caractéristiques sont énoncées dans la revendication indépendante 1.
La présente invention a également pour objet un instrument électronique portable de petit volume, telle une montre-bracelet, dont les caractéristiques sont énoncées dans la revendication 6.
Des modes de réalisation avantageux de la présente invention font l'objet des revendications dépendantes.
Selon l'invention, l'assemblage et la connexion de l'antenne, bien que celle-ci se trouve à distance du module électronique, est grandement facilité. Il n'est en effet pas nécessaire de pourvoir l'instrument d'une paire de conducteurs distincts, tel un conducteur coaxial, pour permettre l'excitation de l'antenne, le conducteur de masse faisant avantageusement partie intégrante du plan de masse de l'antenne. En outre, la disposition de l'antenne est telle que les divers composants électroniques et électriques de l'instrument sont situés sensiblement derrière le plan de masse de l'antenne, ceci s'avérant un avantage dans l'optique de réduire les interférences avec l'antenne.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaítront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention donné uniquement à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés où :
  • la figure 1 est une vue en plan d'une montre-bracelet constituant un premier mode de réalisation de l'invention ;
  • la figure 2 est une vue en coupe de la montre-bracelet prise selon la ligne de coupe A-A' dans la figure 1 ;
  • les figures 3a et 3b sont respectivement des vues en coupe et en plan de l'antenne de type patch équipant la montre-bracelet de la figure 1 ;
  • les figures 4a et 4b sont respectivement des vues en coupe et en plan du plan de masse de l'antenne illustrée dans les figures 3a et 3b ; et
  • la figure 5 est une vue en coupe du type de la figure 2 illustrant un second mode de réalisation de l'invention se présentant également sous la forme d'une montre-bracelet et dans lequel le plan de masse de l'antenne fait partie intégrante d'une plaque de blindage de l'instrument.
La figure 1 montre une vue en plan d'un instrument électronique portable selon l'invention indiqué globalement par la référence numérique 1 et se présentant avantageusement sous la forme d'une montre-bracelet. Cette montre-bracelet 1 est notamment équipée d'une antenne 20 reliée électriquement à un module électronique (6 dans la figure 2) disposé à l'intérieur de la montre-bracelet. Dans cet exemple, cette antenne 20 est destinée à permettre la réception de signaux radiofréquences émis par une ou plusieurs sources d'émission éloignées. Plus particulièrement, cette antenne est destinée à permettre la réception de signaux de positionnement et de navigation par satellites, tels les signaux GPS (Global Positioning System) provenant du système américain NAVSTAR ou d'autres signaux de positionnement par satellites provenant de systèmes analogues tels le système russe GLONASS ou le futur système de positionnement par satellites européen GALILÉO.
La montre-bracelet 1 présente une allure générale analogue à une montre-bracelet conventionnelle et comporte, outre l'antenne 20, un boítier désigné globalement par la référence numérique 2, un bracelet (non représenté) attaché au boítier 2, une glace 3 sous laquelle est disposé un dispositif d'affichage 5 enfermé dans le boítier 2 (tel un affichage à cristaux liquides), et des organes de commande 12 à 16, à savoir cinq boutons-poussoirs placé l'un (16) à 6 h et les quatre autres (12 à 15) sur la périphérie du boítier 2.
La figure 2 montre une vue en coupe de la montre-bracelet 1 illustrée dans la figure 1 prise selon la ligne de coupe A-A' parallèle à l'axe 6 h-12 h et passant par le centre de la montre-bracelet. On y retrouve le boítier 2, la glace 3, le dispositif d'affichage 5, l'antenne patch 20 et le bouton-poussoir 16 placé à 6 h. La montre-bracelet 1 comporte en outre, disposés à l'intérieur du boítier 2, un module électronique 6 comprenant notamment un circuit imprimé 60, sur lequel sont montés les divers composants électroniques et électriques de l'instrument, ainsi qu'une source d'alimentation 10 en énergie électrique alimentant notamment le module électronique 6 et le dispositif d'affichage 5. Dans cet exemple, la source d'alimentation 10 est constituée d'un accumulateur rechargeable placé dans le fond du boítier 2. Cette source d'alimentation 10 pourrait néanmoins être constituée d'une pile conventionnelle (auquel cas une trappe de pile devrait préférablement être prévue dans le fond du boítier afin de permettre son échange) ou de toute autre source susceptible de fournir une alimentation adéquate en énergie électrique.
Comme illustré dans la figure 2, le dispositif d'affichage 5, à savoir un affichage à cristaux liquides, est superposé au module électronique 6 et repose sur une face supérieure de ce module électronique 6. Le dispositif d'affichage 5 est relié électriquement au module électronique 6 par un connecteur souple 50. Une feuille électroluminescente désignée par la référence numérique 56 est interposée entre le dispositif d'affichage 5 et le module électronique 6. Cette feuille électroluminescente 56 est reliée électriquement au module électronique 6 par une paire de connecteurs désignés 57, seul l'un d'entre eux étant illustré à titre explicatif dans la figure 2. Chacun de ces connecteurs 57 comporte un tenon et un ressort de contact.
Dans la figure 2, on notera que les références numériques 100, 102, 104 et 106 indiquent des plaques métalliques assurant un blindage de l'électronique du module 6.
Le boítier 2 comporte un corps d'habillage 4 présentant un fond 4a et des parois latérales 4b ainsi qu'un élément formant lunette 7 ajusté sur le corps d'habillage 4a. Le fond 4a et les parois latérales 4b sont préférablement réalisés d'une pièce, quoiqu'il soit envisageable de prévoir deux pièces distinctes assemblées l'une à l'autre, et forment ensemble, dans cet exemple, un fond-carrure de la montre-bracelet 1 sur lequel est typiquement attaché le bracelet (non représenté).
L'élément formant lunette 7 est ajusté sur le corps d'habillage 4, ou plus exactement sur les parois latérales 4b du corps d'habillage 4, et supporte la glace 3, cette dernière étant préférablement collée ou soudée sur l'élément 7. Avantageusement, cet élément formant lunette 7 est réalisé en matériau plastique et la glace 3 est par exemple soudée par un procédé à ultrasons connu.
L'élément formant lunette 7 est préférablement ajusté de manière étanche sur le corps d'habillage, par exemple par l'intermédiaire d'un joint torique 30 placé entre un épaulement ménagé sur la périphérie de l'élément 7 et un épaulement analogue ménagé sur les parois latérales 4b du corps d'habillage 4.
Selon ce mode de réalisation de l'invention, l'antenne 20 est supportée mécaniquement par l'élément formant lunette 7 et repose sur une face extérieure, désignée 7a, de cet élément. Cette antenne 20 peut le cas échéant être collée sur cette face extérieure 7a ou maintenue par d'autres moyens de fixation adéquats. L'antenne 20 est avantageusement disposée à 12 h et en position inclinée par rapport au plan, désigné Π, dans lequel se trouve le dispositif d'affichage 5 et le module électronique 6. De la sorte, l'antenne est avantageusement orientée sensiblement vers le haut afin d'optimiser la réception des signaux GPS pour la position naturelle du poignet quant le porteur lit les informations sur le dispositif d'affichage 5. Outre l'antenne 20, on notera que l'élément 7 supporte également les organes de commande 12 à 16 de la montre-bracelet.
Préférablement, la montre-bracelet 1 comporte en outre un élément additionnel 8 formant cercle d'emboítage disposé dans le boítier 2 entre l'élément formant lunette 7 et le fond 4a du corps d'habillage 4. Les éléments 7 et 8 forment en quelque sorte les parties supérieure et inférieure d'un container à l'intérieur duquel sont enfermés le dispositif d'affichage 5 et le module électronique 6. La source d'alimentation 10 est disposée entre l'élément formant cercle d'emboítage 8 et le fond 4a du corps d'habillage 4. On comprendra aisément que cet accumulateur pourrait alternativement être enfermé entre les éléments 7 et 8 avec le dispositif d'affichage 5 et le module électronique 6.
Préférablement, le corps d'habillage 4 est réalisé en matériau métallique et l'élément formant lunette 7 (ainsi que l'élément 8) est réalisé en matériau plastique. Un élément d'habillage externe, désigné par la référence numérique 11 (cf. figure 1), de forme essentiellement annulaire est en outre ajusté sur l'élément 7, par exemple par clipsage, afin de couvrir cet élément 7. Dans cet exemple, l'élément d'habillage annulaire 11 est préférablement réalisé dans un matériau métallique analogue au matériau utilisé pour la réalisation du corps d'habillage 4 et présente une ouverture 11a (indiquée dans la figure 1) dans laquelle est logée l'antenne 20. Un capot de protection en matériau diélectrique 9 est en outre rapporté sur l'élément formant lunette 7 afin de protéger l'antenne 20 de l'environnement extérieur. Alternativement, on comprendra aisément que l'élément d'habillage annulaire 11 et le capot de protection 9 pourraient être réalisés d'une pièce en un matériau ne perturbant pas le fonctionnement de l'antenne 20.
En se référant à nouveau plus particulièrement à la figure 2, on peut voir que l'antenne patch 20 est de forme essentiellement parallélépipédique comportant un élément radiant 21 séparé d'un plan de masse 23 de plus grande dimension par un diélectrique 22, tel un élément en céramique. L'élément radiant 21 est excité par un conducteur d'excitation 25 isolé du plan de masse 23 et traversant le diélectrique 22 pour être connecté au module électronique 6, l'élément 7 étant pourvu d'une ouverture 7c permettant le passage de ce conducteur d'excitation 25. Le plan de masse 23 est quant à lui relié électriquement au module électronique par un conducteur de masse 26 séparé traversant également l'ouverture 7c.
Selon l'invention, l'antenne 20 repose ainsi sur la face extérieure 7a de l'élément formant lunette 7 par son plan de masse 23. Dans les solutions de l'art antérieur, ce type d'antenne est généralement disposé à même la surface du module électronique ceci présentant les inconvénients déjà mentionnés, à savoir des interférences plus importantes avec l'électronique de la montre nécessitant un blindage spécifique ainsi que l'impossibilité, si cela est désiré, de réaliser le boítier en un matériau métallique. On notera que le plan de masse 23 de l'antenne 20 sera préférablement collé à la face extérieure 7a de l'élément formant lunette 7.
On se référera maintenant aux figures 3a, 3b, 4a et 4b qui illustrent de manière plus détaillée la structure particulière de l'antenne patch 20 et notamment de son plan de masse 23. Les figures 3a et 3b montrent ainsi respectivement une vue en coupe et une vue en plan de l'antenne patch 20 utilisée dans le cadre du premier mode de réalisation de l'invention. On y retrouve l'élément radiant 21, le diélectrique 22 et le plan de masse 23, ainsi que les conducteurs d'excitation 25 et de masse 26.
Comme illustré dans la figure 3b, le conducteur d'excitation 25 est décentré par rapport au centre de symétrie de l'élément radiant 21, ceci notamment de manière à ce que l'antenne 20 présente une polarisation de type circulaire. On notera que ce décentrage participe également à la définition de l'impédance de l'antenne. La distance séparant le conducteur d'excitation 25 du conducteur de masse 26 est en outre sélectionnée de manière conventionnelle pour permettre une adaptation adéquate de l'antenne au circuit de réception associé. On notera que la géométrie spécifique du connecteur 25, 26 définit l'impédance caractéristique de l'antenne.
Plus particulièrement, selon l'invention, le plan de masse 23 comporte deux pieds 26a et 26b s'étendant hors du plan de masse 23 et formant le conducteur de masse 26. On notera que ces pieds 26a et 26b sont ménagés de sorte qu'ils sont disposés symétriquement de part et d'autre du conducteur d'excitation 25. Les figures 4a et 4b montrent de manière plus détaillée la structure du plan de masse 23. Ce plan de masse 23 est avantageusement réalisé à partir d'une plaque de métal formée par un procédé conventionnel d'étampage. Cette plaque est initialement découpée de sorte qu'elle présente une ouverture centrale 23a dans laquelle se projette une extension 23b présentant essentiellement la forme d'un « U » s'ouvrant dans l'ouverture centrale 23a et à partir de laquelle sont finalement formés les pieds 26a, 26b. La structure du plan de masse 23, au terme de l'opération de découpage, est illustrée en traits interrompus dans la figure 4b, les pieds étant désignés à ce stade par les références numériques 26a* et 26b*. L'extension 23b est par la suite repliée de manière à ce que les pieds 26a, 26b ainsi formés s'étendent en dehors du plan de masse 23 comme illustré. On notera que le conducteur d'excitation 25 est formé de manière à présenter un profil analogue comme illustré dans les figures 3a et 3b. Dans cet exemple, le profil des pieds 26a, 26b et du conducteur d'excitation 25 est choisi de manière à permettre un positionnement incliné de l'antenne 20 par rapport au module électronique sur lequel cette antenne est connectée.
Selon l'invention, on notera que le conducteur de masse 26 forme partie intégrante du plan de masse 23, simplifiant ainsi grandement la connexion de l'antenne 20 au module électronique 6, bien que cette antenne 20 ne repose pas directement sur le module électronique 6. Comme cela est illustré dans la figure 2, on notera que le conducteur de masse 26, à savoir les pieds 26a et 26b du plan de masse 23, et le conducteur d'excitation 25 sont connectés directement par soudage au circuit imprimé 60 du module électronique 6, des orifices de contact correspondants étant ménagés dans le circuit imprimé 60.
On notera par ailleurs que le connecteur d'antenne proposé formé des conducteurs 25, 26 permet de définir une ligne dont l'impédance est adaptée entre l'antenne et la ligne (non représentée) sur le circuit imprimé 60 et ainsi de minimiser les pertes par désadaptation (ou « mismatch loss »).
Dans l'exemple des figures 1 et 2, on notera que l'antenne est supportée mécaniquement par l'élément formant lunette 7 qui est ajusté sur le corps d'habillage 4. Cette construction est particulièrement avantageuse pour la réalisation d'un instrument portable comprenant un corps d'habillage métallique. Pour de plus amples détails concernant cette construction spécifique, on pourra se référer à la demande de brevet européen No. 01202593.8 du 5.7.2001, au nom du présent Déposant, dont la priorité est revendiquée.
On notera que la structure particulière de l'antenne et de son plan de masse, qui constitue l'objet de la présente invention, n'est néanmoins pas limitée à l'implémentation spécifique des figures 1 et 2. Il est ainsi parfaitement envisageable de faire appel à une structure analogue dans une construction différente. La figure 5 montre par exemple un autre mode de réalisation envisageable de l'invention dans lequel le plan de masse de l'antenne fait partie intégrante d'une plaque de blindage de l'instrument électronique portable. A la différence du mode de réalisation des figures 1 et 2, on notera que le plan de masse 23 de l'antenne ne repose plus sur un élément mécanique additionnel (tel l'élément formant lunette 7) mais est solidaire du blindage de l'électronique de l'instrument. Il va sans dire que la construction de la figure 5 est appropriée pour la réalisation d'un instrument portable muni d'un habillage en matériau non métallique (par ex. plastique), ou, de manière générale, un matériau ne perturbant pas le fonctionnement de l'antenne.
Dans l'illustration de la figure 5, la montre-bracelet constituant un autre mode de réalisation d'un instrument électronique portable selon l'invention est repérée globalement par la référence numérique 1*. On retrouve essentiellement dans la coupe illustrée (prise selon l'axe 6 heures ― 12 heures de la montre) les mêmes éléments que dans la coupe de la figure 2, à savoir notamment la glace 3, le dispositif d'affichage 5 connecté par son connecteur souple 50 au circuit imprimé 60 du module électronique 6, la feuille électroluminescente placée sous le dispositif d'affichage 5, la source d'alimentation 10 ainsi que l'antenne patch 20 avec son élément radiant 21, son diélectrique 22, son plan de masse 23 et ses conducteurs d'excitation 25 et de masse 26. Ces éléments 5, 6, 10 et 20 sont enfermés dans un boítier désigné ici par la référence numérique 2* et composé de deux parties imbriquées 4a* et 4b*. La partie inférieure 4a* forme dans cet exemple un fond-carrure de l'instrument et l'élément 4b* rapporté sur la partie supérieure forme en quelque sorte un couvercle du boítier de l'instrument 4b*.
Comme illustré schématiquement dans la figure 5, l'instrument comporte par ailleurs des éléments de blindage 100* et 102* disposés respectivement sur les faces supérieure et inférieure du circuit imprimé 60. Plus particulièrement, l'élément de blindage supérieur 100* est constitué d'une plaque de métal étampée dont une partie terminale constitue le plan de masse 23 de l'antenne 20. Ainsi, dans cet exemple, et à la différence du mode de réalisation précédent, le plan de masse de l'antenne 23 fait partie intégrante de la structure de blindage de l'antenne. Il est à noter que l'antenne est toujours placée à distance du circuit imprimé 60 et ne repose pas directement sur un face de ce circuit imprimé 60. Cette configuration permet de libérer de la place sur le module électronique 6 et de disposer la majeure partie des composants électriques et électroniques de l'instrument à l'arrière de l'antenne afin d'en améliorer les caractéristiques de fonctionnement. Par ailleurs, on dispose de la sorte d'une meilleure flexibilité pour la conception de l'habillage de l'instrument. Enfin, la connexion électrique de l'antenne 20 au module électronique 6 reste facilitée de par le fait que le conducteur de masse 26 de l'antenne fait partie intégrante du plan de masse 23.
Dans ce second mode de réalisation, on notera que la configuration du plan de masse 23 de l'antenne 20, à l'exception du fait que ce plan de masse 23 forme un tout avec la plaque de blindage 100*, reste sensiblement inchangée par rapport à la configuration illustrées dans les figures 3a, 3b, 4a et 4b. Elle n'est en conséquence pas illustrée à nouveau.
On notera en outre que l'antenne 20 est à nouveau disposée dans un plan incliné par rapport au plan dans lequel se trouvent le dispositif d'affichage 5 et le module électronique 6, ceci afin d'optimiser l'orientation de l'antenne pour une réception des signaux de positionnement lors d'une lecture normale des données affichées par le dispositif d'affichage 5.
On comprendra de manière générale que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. En particulier, la présente invention n'est pas limitée à une montre-bracelet comme illustrée dans les figures, mais s'applique à tout autre instrument portable susceptible ou non d'être portée au poignet. En outre, bien que l'antenne soit toujours illustrée comme étant disposée à 12 heures, cette antenne peut évidemment être disposée dans d'autres positions excentrées, par exemple à 9 heures, 3 heures ou 6 heures, voire sur les diagonales.

Claims (9)

  1. Antenne de type patch (20) pour instrument électronique portable de petit volume comprenant un élément radiant (21) séparé d'un plan de masse (23) par un diélectrique (22) et comprenant des conducteurs d'excitation (25) et de masse (26) pour la connexion électrique dudit élément radiant et dudit plan de masse (23), respectivement, à un module électronique (6),
       ledit plan de masse (23) étant formé d'une plaque de métal étampée présentant une ouverture centrale (23a) au travers de laquelle passe ledit conducteur d'excitation (25),
       ledit plan de masse comportant une extension (23b) se projetant dans ladite ouverture centrale (23a) et qui est repliée hors dudit plan de masse (23) dans une direction opposée à celle dudit élément radiant (21), cette extension (23b) formant ledit conducteur de masse (26) de l'antenne,
       caractérisée en ce que ladite extension (23b) présente essentiellement la forme d'un « U » s'ouvrant de manière à former des premier et deuxième pieds (26a, 26b).
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit plan de masse (23) forme partie intégrante d'une plaque de blindage (100*) de l'instrument électronique portable.
  3. Antenne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits pieds (26a, 26b) s'étendent hors dudit plan de masse (23) de manière à permettre un positionnement incliné de l'antenne par rapport au dit module électronique.
  4. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit conducteur d'excitation (25) est décentré par rapport au centre de symétrie de l'élément radiant (21).
  5. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits premier et deuxième pieds (26a, 26b) formant ledit conducteur de masse (26) sont ménagés de sorte qu'ils sont disposés symétriquement de part et d'autre du conducteur d'excitation (25).
  6. Instrument électronique portable de petit volume, telle une montre-bracelet (1 ; 1*), comprenant un module électronique (6) et une antenne de type patch (20) selon la revendication 1 connectée électriquement au dit module électronique (6), lesdits conducteurs d'excitation (25) et de masse (26) étant connectés électriquement au dit module électronique (6), et ladite extension (23b) reliant directement ledit plan de masse (23) audit module electronique (b).
  7. Instrument selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit plan de masse (23) forme partie intégrante d'une plaque de blindage (100*) de l'instrument électronique portable.
  8. Instrument selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite antenne (20) est disposée en position inclinée par rapport au plan (n) dans lequel se trouve ledit module électronique (6).
  9. Instrument selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième pieds (26a, 26b) formant ledit conducteur de masse (26) sont ménagés de sorte qu'ils sont disposés symétriquement de part et d'autre du conducteur d'excitation (25).
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