EP1548877A1 - Antenne à surface(s) rayonnante(s) plane(s) multibande et téléphone portable comportant une telle antenne - Google Patents

Antenne à surface(s) rayonnante(s) plane(s) multibande et téléphone portable comportant une telle antenne Download PDF

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EP1548877A1
EP1548877A1 EP04293084A EP04293084A EP1548877A1 EP 1548877 A1 EP1548877 A1 EP 1548877A1 EP 04293084 A EP04293084 A EP 04293084A EP 04293084 A EP04293084 A EP 04293084A EP 1548877 A1 EP1548877 A1 EP 1548877A1
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radiation
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antenna
switches
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    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0421—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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    • H01Q9/14—Length of element or elements adjustable
    • H01Q9/145—Length of element or elements adjustable by varying the electrical length

Definitions

  • the present invention relates to a surface-type antenna (s) radiant (s) flat (s).
  • the invention notably proposes an antenna of this type capable of being used in transmission / reception on at least two frequency bands, and having improved performance compared to the antennas of the state of the technical.
  • PIFA Planar Inverted-F Antenna
  • plane antenna of type F inverted which comprise, as illustrated in FIG. mass 1 and a plane conductive surface 2 which is superimposed on this plane mass 1, and extends to the right and parallel to it.
  • Such an arrangement has a resonant wavelength that is function of the dimensions of the plane conductive surface 2 and the height which separates it from its mass plan 1.
  • the planar conductive surface 2 comprises a current driving point A and a grounding plane G.
  • the resonance frequency is notably related to the greatest peripheral length L AG between the point A and the point G, the length L AG being referenced 3 in Figure 1. It is also added to L AG twice the length h to obtain a length to find the resonant frequency of the antenna.
  • These antennas have, in particular, an important advantage in term congestion and aptitude for integration into phones mobile.
  • FIGS. 3A to 3C show that antennas are known allowing to radiate on several frequencies.
  • the low resonance frequency is defined by the length denoted L B and the high resonance frequency by the length denoted L H.
  • L B we define L B by the longest path on surface 2 to go from A to G, to which the distance h is added twice.
  • L H by an equivalent dimension of the slot to which we add twice the distance h.
  • the calculation of L H is known to those skilled in the art.
  • Figure 4 shows that we also know multiband antennas transmission / reception having at least one plane surface 2 of radiation having two slots 30 separating sections of radiation 21, 22 and 23.
  • the radiation sections 21, 22 and 23 are connected by means Z 1 and Z 2 defining adaptive passive circuits known to those skilled in the art which, on transmission as on reception, are resonant on simultaneously at least two frequency bands.
  • the means Z 1 and Z 2 define passive matching circuits and are generally connected in parallel with capacitive or inductive means themselves connected in series with means able to be switched selectively between a passing state and a starch. blocked.
  • the capacitive or inductive means offset the resonance bands of the antenna, depending on whether the means capable of being switched are in the on state or in the off state.
  • the means Z 1 and Z 2 comprise a plug circuit known to those skilled in the art which will be equivalent to an inductor for the low frequencies and a capacity for the high frequencies.
  • the antennas of FIGS. 3A to 4 provide performance of acceptable radiation, especially in far-field measurements, while locally producing a weaker near field than whip antennas or helical antennas known elsewhere.
  • the antennas of the state of the art of FIGS. 3A to 4 are designed so that multiband performance is average in the different bands.
  • WO 01/20718 discloses an antenna according to the preamble of claim 1.
  • the invention proposes to overcome these disadvantages.
  • An object of the invention is to overcome at least one of the disadvantages of antennas of the prior art.
  • one of the aims of the invention is to propose an antenna for which multiband performance is very close to several single-band antennas.
  • Another aim of the invention is to propose an antenna having several resonance bands and having very high bandwidth important compared to multiband antennas of the state of the art.
  • Another aim of the invention is to propose an antenna having several resonance bands and having a very high efficiency important compared to multiband antennas of the state of the art.
  • Another aim of the invention is to propose an antenna with several resonance bands, of which at least one in the GSM domain and at least one in the field of DCS 1800, the antenna overcoming at least one of the disadvantages of antennas of the prior art.
  • the invention provides an antenna according to claim 1.
  • the current of Switches control arrives at the antenna by the point of attack.
  • the invention also relates to a telephone comprising an antenna according to the invention.
  • An antenna according to the invention may also comprise more than one flat radiant surface.
  • the radiating surface 2 is connected with a side to the ground plane 1 (connection point G) and the other to an electronic supply / reception of RF signals (connection point A).
  • the radiating surface 2 is divided into at least two radiation zones 51 and 52 separated by a junction 4 formed on most of its length a slot.
  • the radiation surface 2 can of course have more than two radiation zones 51 and 52 and more than one junction 4.
  • the ends of the junction 4 located on the periphery 7 of the radiation surface 2 comprise means 60 forming links mechanical and electrical switches between the zones of radiation 51 and 52.
  • the electrical switches 60 are capable of resonating all or part of the radiation surface 2 by electrically connecting all or part of the radiation zones.
  • Figure 5 shows that at least the area 51 of radiation has at least one slot 5 of radiation.
  • the opening 6 of the slot 5 is located at the periphery 7 of the radiation surface 2.
  • FIG. 5 thus shows that the opening 6 of the slot 5 comprises means 61 capable of forming a mechanical connection between the two sides the slot 5 at the periphery 7 of the radiation surface 2.
  • the means 61 also form electrical switches between these two sides.
  • the means 61 are able to allow the circulation of current on the periphery 7 of the radiation surface 2 in a state closed, or to allow current flow on the periphery internal 8 of the slot 5 in an open electrical state.
  • the surface of FIG. 5 is equivalent to a radiating surface 2 such that represented in FIG. 6A. All areas of radiation are electrically connected to each other.
  • the radiation surface 2 is suitable for radiate according to the global system of mobile communications (GSM) and there is a flow of current as indicated by the reference 3, namely a circulation on the inner periphery 8 of the slot 5.
  • GSM global system of mobile communications
  • the slot 5 is able to allow the radiation of the surface 2 radiation at around 900 MHz, preferably in accordance with the global mobile communications system (GSM), including 824 MHz at 960 MHz.
  • GSM global mobile communications system
  • Zone 52 is not electrically connected to zone 51, although it is always mechanically connected to it.
  • the radiation surface 2 is suitable for to radiate in the frequency band around 1800 MHz, preferably that of the DCS 1800 or “Digital Communication System” (DCS) 1800 MHz “, in particular from 1710 MHz to 1990 MHz.
  • DCS Digital Communication System
  • the multiband performance of the antennas according to the invention are very close to those of n single-band antennas.
  • -5 dB of reflection rate on the edge of band is a suitable value. This corresponds to an antenna with a loss of 1.5 dB at the edge of the band from the center of bandaged.
  • the switch means is realized by means of active switches with low loss and high insulating power.
  • the means 60 and 61 can be used for switches having a PIN diode, ie a semiconductor comprising an intrinsic region (formed of a semiconductor intrinsic) between two regions, one type P, the other type N.
  • a PIN diode ie a semiconductor comprising an intrinsic region (formed of a semiconductor intrinsic) between two regions, one type P, the other type N.
  • the PIN diode preferably comprises in the on state a very low resistance, for example of the order 1 Ohm.
  • the PIN diode preferably includes in the blocked state a capacitance very low, for example of the order 0.1 pF.
  • means 60 and 61 for having an active element of the field-effect transistor type or a active diode, for example at least one BAR type diode 88.
  • such an active diode will have, for example, a through current of 25 mA for a resistance R on 0.5 Ohm and a voltage across its 0.8 volt.
  • Such an active diode will have a through current of 0 mA for a capacitance C off of 0.22 pF for a voltage at its terminals greater than 10 volts.
  • Two BAR diodes 88 are then available to provide sufficient isolation.
  • the voltage across the active diode is preferentially greater than 20 volts.
  • Figure 7 shows schematically a possible control device of the active diode.
  • a control terminal 79 is provided to control, through a resistor 80, means 78 forming a transistor.
  • the means 78 are also connected on the one hand to a voltage of control of 3 or 5 volts on a terminal 83 and secondly at a voltage of -20 Volt for example on a terminal 81, for example through the resistors 77 and 76.
  • This voltage of -20 Volt prevents the formation harmonics and allows the blocking of the diode.
  • a branch is connected with a shock inductor 74 by the terminal 82 located between the resistors 77 and 76.
  • Said branch connects means 78 to a current source of RF radio frequency, connected to the control device in point 73.
  • the inductor 74 has a very high impedance for radio frequencies.
  • the radiofrequency power source is connected to the antenna from of the terminal 73 via the two diodes 71 and 72, passing through that Sens.
  • a decoupling capacitor 75 having a very low impedance for the radio frequencies, is arranged between the mass and the terminal 82.
  • Figure 8 schematically shows another embodiment possible a radiation surface according to the invention.
  • the surface comprises three zones of radiation 51, 52 and 53.
  • the zones 51 and 53 are separated from each other by the junction 41 which comprises a slot having at its ends the means E 1 and E 2 .
  • the means E 1 are located on the periphery 7 of the surface, while the means E 2 are located in the middle of the radiation surface 2.
  • the grounding point G is located on zone 51, while the A point of attack is located on the zone 53.
  • a control circuit 90 described in more detail in Figure 9, is connected to the point of attack.
  • junction 41 and the means E 1 and E 2 makes it possible to force the passage of the direct current from the point A towards the point G through the periphery 7 of the radiating surface.
  • the means E 1 and E 2 comprise decoupling capabilities GSM and DCS.
  • Capacities are typically of the order of 22 pF in size 0402.
  • This control device therefore defines two different paths for the direct current and for the radiofrequency current.
  • the means E 1 and E 2 are indeed transparent for radio frequency currents.
  • the zones 51 and 53 on the one hand are separated from the zone 52 on the other hand by the junction 42 which comprises a slot having at its ends, on the periphery 7 of the surface 2, the means S 1 and S 2 .
  • junctions 41 and 42 are located substantially perpendicularly between them.
  • Two BAR type diodes 88 are preferentially placed at S 1 and two diodes at S 2 , in order to obtain the appropriate isolation value.
  • the passing directions of the diodes are placed so that a current can flow from A to G on the periphery 7 of the surface 2.
  • a slot 5 made in the zone 52 makes it possible to give the surface 2 GSM resonance.
  • the control system 90 is shown schematically in the figure 9.
  • a control terminal 83 connected to a 25 mA current source by example is provided to control means 78 electrical switch.
  • the means 78 are also connected to a voltage of -20 Volts per example on a terminal 81, for example through the resistor 76. This voltage of -20 volts prevents the formation of harmonics.
  • a branch is connected with a shock inductor 74 by the terminal 82 located between the means 78 and the resistor 76.
  • Said branch connects means 78 to a current source of RF radio frequency, connected to the control device in point 73.
  • the inductor 74 has a very high impedance for radio frequencies.
  • the radiofrequency power source is connected to the antenna from of the terminal 73 via at least one diode 71, passing through that Sens.
  • a decoupling capacitor 75 having a very low impedance for the radio frequencies, is arranged between the mass and the terminal 82.
  • the GSM mode is engaged when the means 78 are in a closed state
  • the DCS mode is engaged when the means 78 are in an open state.
  • the switch means may also include electromechanical microsystems of a MEMS or microelectronic technology mechanical system "according to the English terminology generally used by those skilled in the art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

L'invention concerne une antenne d'émission/réception comportant un plan (1) de masse et au moins une surface (2) plane de rayonnement qui s'étend au droit dudit plan de masse et parallèlement à celui-ci, la surface (2) de rayonnement étant divisée en au moins deux (51, 52) zones de rayonnement, caractérisée en ce que les jonctions (4, 42) entre les zones de rayonnement comportent des moyens (60) formant commutateurs aptes à mettre en résonance toute ou partie de la surface de rayonnement en reliant électriquement toutes ou partie des zones (51, 52) de rayonnement. L'invention concerne également un téléphone comportant une telle antenne. <IMAGE>

Description

La présente invention est relative à une antenne du type à surface(s) rayonnante(s) plane(s).
L'invention propose notamment une antenne de ce type apte à être utilisée en émission/réception sur au moins deux bandes de fréquences, et ayant des performances améliorées par rapport aux antennes de l'état de la technique.
Elle propose également une structure de téléphone portable comportant une telle antenne.
ETAT DE L'ART
Il a déjà été proposé d'utiliser pour les téléphones portables des antennes planes appelées PIFA (« Planar Inverted-F Antenna » ou antenne plane de type F inversée) qui comportent, ainsi que l'illustre la figure 1, un plan de masse 1 et une surface conductrice plane 2 qui est superposée à ce plan de masse 1, et s'étend au droit et parallèlement à celui-ci.
Un tel montage a une longueur d'onde de résonance qui est fonction des dimensions de la surface conductrice plane 2 et de la hauteur qui la sépare de son plan de masse 1.
Ainsi, la surface conductrice plane 2 comporte un point d'attaque de courant A et un plan de mise à la masse G. La fréquence de résonance est notamment liée à la plus grande longueur périphérique LAG entre le point A et le point G, la longueur LAG étant référencée par 3 sur la figure 1. On ajoute également à LAG deux fois la longueur h pour obtenir une longueur permettant de trouver la fréquence de résonance de l'antenne.
La fréquence de résonance peut être approximée par : f = c 2 · (LAG + 2h) où c est la vitesse de la lumière.
Ces antennes présentent notamment un avantage important en terme d'encombrement et d'aptitude à l'intégration dans les téléphones mobiles.
Toutefois, une limitation de ces antennes tient en ce que leur largeur de bande passante est d'autant plus restreinte que la hauteur h qui sépare leur surface rayonnante 2 de leur plan de masse 1 est petite, ou d'une façon générale que le volume de l'antenne est faible.
Ceci empêche en effet de disposer d'un gain optimal sur l'ensemble des canaux utilisés sur une même bande passante.
Notamment, on connaít déjà des téléphones portables qui utilisent des antennes du type précité qui comportent deux surfaces rayonnantes qui sont de dimensions différentes et qui sont disposées dans un même plan, au dessus d'un même plan de masse.
Ces deux surfaces rayonnantes permettent, ainsi que l'illustre le graphe de la figure 2, de disposer pour l'antenne de deux bandes de fréquences, l'une autour de 900 MHz, l'autre autour de 1, 8 GHz.
Toutefois, l'utilisation d'une séparation "duplex" à l'émission/réception, comme c'est habituellement le cas dans les systèmes conformes au système mondial de communications mobiles ou « global system for mobile communications (GSM) » selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée par l'homme du métier, conduit à utiliser pour les fréquences d'émission et de réception fTX, fRX les bords des bandes de résonances de l'antenne, où les adaptations sont peu satisfaisantes.
Les figures 3A à 3C montrent que l'on connaít des antennes permettant de rayonner sur plusieurs fréquences.
Sur ces figures, on représente schématiquement des vues de dessus des surfaces planes 2 de telles antennes.
Pour toutes les antennes comportant des surfaces planes rayonnantes conformes aux figures 3A à 3C, la fréquence de résonance basse est définie par la longueur notée LB et la fréquence de résonance haute par la longueur notée LH.
On définit LB par le chemin le plus long sur la surface 2 pour aller de A à G, auquel on ajoute deux fois la distance h.
On définit LH par une dimension équivalente de la fente à laquelle on ajoute deux fois la distance h. Le calcul de LH est connu de l'homme du métier.
La figure 4 montre qu'on connaít également des antennes multibandes d'émission/réception comportant au moins une surface plane 2 de rayonnement comportant deux fentes 30 séparant des sections de rayonnement 21, 22 et 23.
Les sections de rayonnement 21, 22 et 23 sont reliées par des moyens Z1 et Z2 définissant des circuits passifs d'adaptation connus de l'homme de l'art qui, à l'émission comme à la réception, sont résonants sur simultanément au moins deux bandes de fréquences.
Notamment, les moyens Z1 et Z2 définissent des circuits d'adaptation passifs et sont en général montés en parallèle avec des moyens capacitifs ou inductifs eux-mêmes montés en série avec des moyens aptes à être commutés sélectivement entre un état passant et un étaf bloqué.
Les moyens capacitifs ou inductifs décalent les bandes de résonance de l'antenne, selon que les moyens aptes à être commutés sont à l'état passant ou à l'état bloqué. En général, les moyens Z1 et Z2 comportent un circuit bouchon connu de l'homme du métier qui sera équivalent à une inductance pour les basses fréquences et une capacité pour les hautes fréquences.
Les antennes des figures 3A à 4 offrent des performances de rayonnement acceptables, notamment en mesure en champ lointain, tout en produisant localement un champ proche plus faible que les antennes fouet ou antennes hélicoïdales connues par ailleurs.
Par exemple, on peut obtenir simultanément avec une antenne comportant une plaque 2 selon la figure 4 des performances regroupées dans la tableau 1, par exemple pour un domaine correspondant au GSM et pour un domaine correspondant au système DCS 1800 ou « Digital Communication System (DCS) 1800 MHz ».
GSM DCS
Bande passante à -5 dB 80 MHZ 190 MHz
Rendement -3 dB/iso -3 dB/iso
Ainsi, les antennes de l'état de la technique des figures 3A à 4 sont conçues de telle façon que les performances en multibande sont moyennes dans les différentes bandes.
En effet, réaliser une antenne monobande conduit à de très bons résultats. Cependant, ces résultats se dégradent, notamment en ce qui concerne le rendement de l'antenne ou la bande passante, dès l'instant où l'on veut créer plusieurs bandes de résonance.
Le document WO 01/20718 divulgue une antenne selon le préambule de la revendication 1.
Il ne divulgue pas une antenne comportant une commande unique, notamment pour les commutateurs.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention propose de pallier ces inconvénients.
Un but de l'invention est de pallier au moins un des inconvénients des antennes de l'art antérieur.
Notamment, un des buts de l'invention est de proposer une antenne pour laquelle les performances en multibande sont très proches de plusieurs antennes monobandes.
Un des autres buts de l'invention est de proposer une antenne comportant plusieurs bandes de résonance et ayant bande passante très importante par rapport aux antennes multibandes de l'état de la technique.
Un des autres buts de l'invention est de proposer une antenne comportant plusieurs bandes de résonance et ayant un rendement très important par rapport aux antennes multibandes de l'état de la technique.
Un des autres buts de l'invention est de proposer une antenne comportant plusieurs bandes de résonance, dont au moins une dans le domaine GSM et au moins une dans le domaine du DCS 1800, l'antenne palliant au moins un des inconvénients des antennes de l'art antérieur.
A cet effet, l'invention propose une antenne selon la revendication 1.
Dans tous les modes de réalisation de l'invention, le courant de commande des commutateurs arrive à l'antenne par le point d'attaque.
Des modes de réalisation préférentiels sont proposés dans les revendications secondaires.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
  • au moins une zone de rayonnement comporte au moins une fente de rayonnement ;
  • la fente est apte à permettre le rayonnement de la surface de rayonnement dans une première bande de fréquences lorsque toutes les zones de rayonnement sont reliées entre elles ;
  • ladite première bande est la bande de fréquences aux alentours de 900 MHz, de préférence celle du système mondial de communications mobiles (GSM), notamment de 824 MHz à 960 MHz ;
  • l'ouverture d'au moins une fente, l'ouverture étant située au niveau de la périphérie de la surface de rayonnement, comporte des moyens formant commutateurs aptes à permettre la circulation de courant sur la périphérie de la surface de rayonnement dans un état fermé ou à permettre la circulation de courant sur la périphérie interne de la fente dans un état ouvert ;
  • la surface de rayonnement est apte à rayonner dans une deuxième bande de fréquences lorsque certains des commutateurs situés aux jonctions des zones de rayonnement sont dans un état ouvert ;
  • ladite deuxième bande est la bande de fréquences aux alentours de 1800 MHz, de préférence celle du système DCS 1800 ou « Digital Communication System (DCS) 1800 MHz », notamment de 1710 MHz à 1990 MHz;
  • les moyens formant commutateurs sont des commutateurs actifs à faible perte et à grand pouvoir isolant ;
  • les commutateurs comportent une diode PIN ;
  • les commutateurs comportent un élément actif de type transistor à effet de champ;
  • dans un exemple de réalisation avec des diodes PIN ou un élément actif de type transistor à effet de champ, une zone de rayonnement comporte un point d'attaque, et une autre zone comporte un point de mise à la masse, les deux zones étant séparées par une jonction comportant des moyens de découplage aptes à forcer le passage du courant continu du point d'attaque vers le point de mise à la masse en passant par la périphérie de la surface de rayonnement.
  • les moyens formant commutateurs sont des microsystèmes électromécaniques.
L'invention concerne également un téléphone comportant une antenne selon l'invention.
Cela a pour avantage d'avoir un point de commande unique. Une telle commande est plus simple et plus économique que les commandes de l'art antérieur.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1, déjà discutée, représente schématiquement une antenne de type PIFA conforme à un état de la technique connu ;
  • la figure 2, également déjà discutée, est un graphe adaptation/fréquence illustrant la répartition des fréquences d'émission/réception par rapport aux bandes de fréquences d'une antenne de type PIFA double bande conforme à un état de la technique connu ;
  • les figures 3A à 3C sont des représentations schématiques en vue de dessus de surfaces rayonnantes d'antennes conformes à un état de la technique connu ;
  • la figure 4 est une représentation schématique en vue de dessus d'une surface rayonnante d'une autre antenne conforme à un état de la technique connu ;
  • la figure 5 est une représentation schématique en vue de dessus d'une surface rayonnante d'une autre antenne conforme à l'invention ;
  • les figures 6A et 6B représente schématiquement les équivalences de la surface de la figure 5 selon deux états ;
  • la figure 7 montre schématiquement un dispositif possible de contrôle de la diode active ;
  • la figure 8 représente schématiquement un autre mode de réalisation possible d'une surface de rayonnement selon l'invention ; et
  • la figure 9 montre schématiquement un autre dispositif possible de contrôle de la diode active.
Sur l'ensemble des figures, les éléments ayant des fonctions similaires portent des références numériques identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
L'antenne d'émission/réception représentée sur la figure 5 comporte un plan de masse 1 et une surface rayonnante plane 2 qui s'étend de façon superposée audit plan de masse 1, en étant parallèle à celui-ci.
Une antenne selon l'invention peut également comporter plus d'une surface rayonnante plane.
A une de ses extrémités, la surface rayonnante 2 est reliée d'un côté au plan de masse 1 (point de liaison G) et de l'autre à une électronique d'alimentation/réception des signaux RF (point de liaison A).
Comme le montre la figure 5, la surface de rayonnement 2 est divisée en au moins deux zones 51 et 52 de rayonnement séparées par une jonction 4 formée sur la plupart de sa longueur d'une fente.
La surface de rayonnement 2 peut bien entendu comporter plus de deux zones de rayonnement 51 et 52 et plus d'une jonction 4.
Les extrémités de la jonction 4 situées sur la périphérie 7 de la surface de rayonnement 2 comportent des moyens 60 formant liaisons mécaniques et formant commutateurs électriques entre les zones de rayonnement 51 et 52.
Les commutateurs électrique 60 sont aptes à mettre en résonance toute ou partie de la surface 2 de rayonnement en reliant électriquement toutes ou partie des zones de rayonnement.
La figure 5 montre qu'au moins la zone 51 de rayonnement comporte au moins une fente 5 de rayonnement. L'ouverture 6 de la fente 5 est située au niveau de la périphérie 7 de la surface 2 de rayonnement.
La figure 5 montre ainsi que l'ouverture 6 de la fente 5 comporte des moyens 61 aptes à former une liaison mécanique entre les deux côtés de la fente 5 au niveau de la périphérie 7 de la surface 2 de rayonnement.
Les moyens 61 forment également commutateurs électriques entre ces deux côtés.
Ainsi, les moyens 61 sont aptes à permettre la circulation de courant sur la périphérie 7 de la surface 2 de rayonnement dans un état électrique fermé, ou à permettre la circulation de courant sur la périphérie interne 8 de la fente 5 dans un état électrique ouvert.
Ainsi, lorsque les commutateurs 60 sont dans un état électrique fermé et lorsque le commutateur 61 est dans un état électrique ouvert, la surface de la figure 5 est équivalente à une surface rayonnante 2 telle que représentée sur la figure 6A. Toutes les zones de rayonnement sont électriquement reliées entre elles.
Dans cette configuration, la surface 2 de rayonnement est apte à rayonner conformément au système mondial de communications mobiles (GSM) et l'on a une circulation du courant comme indiqué par la référence 3, à savoir une circulation sur la périphérie interne 8 de la fente 5.
Ainsi, la fente 5 est apte à permettre le rayonnement de la surface 2 de rayonnement aux alentours de 900 MHz, de préférence conformément au système mondial de communications mobiles (GSM), notamment de 824 MHz à 960 MHz.
Lorsque les commutateurs 60 sont dans un état électrique ouvert et lorsque le commutateur 61 est dans un état électrique fermé, la surface de la figure 5 est équivalente à une surface rayonnante 2 telle que représentée sur la figure 6B. La zone 52 n'est pas électriquement reliée à la zone 51, bien qu'elle lui soit toujours reliée mécaniquement.
Dans cette configuration, la surface 2 de rayonnement est apte à rayonner dans la bande de fréquences aux alentours de 1800 MHz, de préférence celle du système DCS 1800 ou « Digital Communication System (DCS) 1800 MHz », notamment de 1710 MHz à 1990 MHz.
Avec une surface 2 de rayonnement équivalente à celle de la figure 6A et ayant des dimensions telles que la dimension 80 du grand côté de la surface 2 est sensiblement égale à 39 mm, et la dimension 81 du petit côté est sensiblement égale à 18 mm d'une part, et d'autre part avec une surface 2 de rayonnement équivalente à celle de la figure 6B et ayant des dimensions telles que la dimension 82 du grand côté est sensiblement égale à 21 mm (la dimension 81 du petit côté étant toujours sensiblement égale à 18 mm), on obtient les performances reprises dans le tableau 2. On précise que la distance h au plan de masse est égale à 9 mm environ.
GSM DCS
Bande passante à -5 dB 150 MHZ 300 MHz
Rendement -2 dB/iso -2 dB/iso
On voit donc que la bande passante est très fortement augmentée par rapport aux antennes de l'état de la technique.
Les performances multibande des antennes selon l'invention sont très proches de celles de n antennes monobandes.
En effet, on considère que -5 dB de taux de réflexion en bord de bande est une valeur convenable. Cela correspond en effet à une antenne présentant une perte de 1.5 dB en bord de bande par rapport au centre de bande.
On comprend que les développements qui précèdent s'appliquent avantageusement à deux zones de résonance, une dans le domaine GSM et une autre dans le domaine DCS.
On comprend également que d'autres bandes peuvent être prévues, en plaçant d'autres zones de résonance sur la surface de rayonnement et en les reliant ou non électriquement en fonction de la fréquence de résonance que l'on souhaite obtenir. Les zones de résonance reliées par un commutateur à l'état ouvert interviennent dans le fonctionnement de l'antenne, du fait de leur proximité, mais au second ordre seulement. La fréquence de résonance est principalement définie par la partie reliée aux points A et G.
Pour obtenir les moyens 60 et 61, il ne suffit pas de réaliser des circuits passifs permettant de modéliser un circuit fermé ou un circuit ouvert en fonction de la fréquence, comme c'est le cas dans les antennes de l'état de la technique. Les performances en terme de rendement et en terme de bande passante sont en effet très mauvaises, cela étant dû à la trop grande sélectivité des éléments passifs.
Par conséquent, on réalise les moyens formant commutateurs grâce à des commutateurs actifs à faible perte et à grand pouvoir isolant.
Plusieurs modes de réalisation sont possibles.
Par exemple, on peut utiliser pour les moyens 60 et 61 des commutateurs comportant une diode PIN, c'est à dire un semi-conducteur comprenant une région intrinsèque (formée d'un semi-conducteur intrinsèque) comprise entre deux régions, l'une de type P, l'autre de type N.
La diode PIN comporte préférentiellement à l'état passant une résistance très faible, par exemple de l'ordre 1 Ohm.
La diode PIN comporte préférentiellement à l'état bloqué une capacité très faible, par exemple de l'ordre 0.1 pF.
On peut également utiliser pour les moyens 60 et 61 des moyens comportant un élément actif de type transistor à effet de champ ou une diode active, par exemple au moins une diode du type BAR 88.
A l'état passant, une telle diode active aura, par exemple, une intensité traversante de 25 mA pour une résistance Ron de 0.5 Ohm et une tension à ses bornes de 0.8 Volt.
A l'état bloqué, une telle diode active aura une intensité traversante de 0 mA pour une capacité Coff de 0.22 pF pour une tension à ses bornes supérieure à 10 Volt. On dispose alors deux diodes BAR 88 pour avoir un isolement suffisant.
Pour éviter la formation d'harmoniques et garder leur intensité inférieure à -36 dBm, la tension aux bornes de la diode active est préférentiellement supérieure à 20 Volt.
La figure 7 montre schématiquement un dispositif possible de contrôle de la diode active.
Une borne de contrôle 79 est prévue pour contrôler, à travers une résistance 80, des moyens 78 formant transistor.
Les moyens 78 sont également reliés d'une part à une tension de commande de 3 ou 5 Volt sur une borne 83 et d'autre part à une tension de -20 Volt par exemple sur une borne 81, par exemple au travers des résistances 77 et 76. Cette tension de -20 Volt empêche la formation d'harmoniques et permet le blocage de la diode.
On connecte une branche comportant une inductance de choc 74 par la borne 82 située entre les résistances 77 et 76.
Ladite branche relie les moyens 78 à une source de courant de radiofréquences RF, connectée au dispositif de contrôle au point 73. L'inductance 74 à une impédance très élevée pour les radiofréquences.
La source de courant de radiofréquences est reliée à l'antenne à partir de la borne 73 par l'intermédiaire des deux diodes 71 et 72, passante dans ce sens.
Une capacité 75 de découplage, possédant une impédance très faible pour les radiofréquences, est disposée entre la masse et la borne 82.
La figure 8 représente schématiquement un autre mode de réalisation possible d'une surface de rayonnement selon l'invention.
Selon ce mode de réalisation, la surface comporte trois zones de rayonnement 51, 52 et 53.
Les zones 51 et 53 sont séparées entre elles par la jonction 41 qui comporte une fente ayant à ses extrémités les moyens E1 et E2.
Les moyens E1 sont situés sur la périphérie 7 de la surface, alors que les moyens E2 sont situés au milieu de la surface 2 de rayonnement.
Le point de mise à la masse G est situé sur la zone 51, tandis que le point d'attaque A est situé sur la zone 53. Un circuit de contrôle 90, décrit plus en détail sur la figure 9, est relié au point d'attaque.
La présence de la jonction 41 et des moyens E1 et E2 permet de forcer le passage du courant continu du point A vers le point G en passant par la périphérie 7 de la surface de rayonnement.
Préférentiellement, les moyens E1 et E2 comportent des capacités de découplage GSM et DCS. Les capacités sont typiquement de l'ordre de 22 pF en taille 0402.
On définit donc grâce à ce dispositif de contrôle deux chemins différents pour le courant continu et pour le courant de radiofréquence. Les moyens E1 et E2 sont en effet transparents pour les courants de radiofréquences.
Les zones 51 et 53 d'une part sont séparées de la zone 52 d'autre part par la jonction 42 qui comporte une fente ayant à ses extrémités, sur la périphérie 7 de la surface 2, les moyens S1 et S2.
Les jonctions 41 et 42 sont situées sensiblement perpendiculairement entre elles.
On place préférentiellement deux diodes de type BAR 88 en S1 et deux diodes en S2, pour avoir la valeur d'isolement adéquate.
Les sens passants des diodes sont placés de sorte qu'un courant puisse circuler de A vers G sur la périphérie 7 de la surface 2.
Une fente 5 pratiquée dans la zone 52 permet de donner à la surface 2 la résonance GSM.
Le système de contrôle 90 est représenté schématiquement à la figure 9.
Sur cette figure 9, les éléments ayant des fonctions similaires à ceux représentés sur la figure 7, portent des références numériques identiques.
Une borne de contrôle 83 reliée à une source de courant de 25 mA par exemple est prévue pour contrôler des moyens 78 interrupteur électrique.
Les moyens 78 sont également reliés à une tension de -20 Volt par exemple sur une borne 81, par exemple au travers de la résistance 76. Cette tension de -20 Volt empêche la formation d'harmoniques.
On connecte une branche comportant une inductance de choc 74 par la borne 82 située entre les moyens 78 et la résistance 76.
Ladite branche relie les moyens 78 à une source de courant de radiofréquences RF, connectée au dispositif de contrôle au point 73. L'inductance 74 à une impédance très élevée pour les radiofréquences.
La source de courant de radiofréquences est reliée à l'antenne à partir de la borne 73 par l'intermédiaire d'au moins une diode 71, passante dans ce sens.
Une capacité 75 de découplage, possédant une impédance très faible pour les radiofréquences, est disposée entre la masse et la borne 82.
Dans l'exemple illustré dans la présente demande, le mode GSM est enclenché lors que les moyens 78 sont dans un état fermé, et le mode DCS est enclenché lors les moyens 78 sont dans un état ouvert.
On comprend que dans tous les modes de réalisation des développements qui précèdent le courant de commande des commutateurs arrive à l'antenne par le point d'attaque. L'unique composante continue circule adéquatement dans les commutateurs, de par d'une part la géométrie de la surface rayonnante et/ou de par les découplages entre les zones de rayonnement, et d'autre part les commandes. Cela a pour avantage d'avoir un point de commande unique.
Les développements qui précèdent s'appliquent avantageusement à des moyens de commutation comportant des diodes.
Les moyens formant commutateurs peuvent également comporter des microsystèmes électromécaniques d'une technologie MEMS ou « microelectronic mechanical system » selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée par l'homme du métier.

Claims (13)

  1. Antenne d'émission/réception comportant un plan (1) de masse et au moins une surface (2) plane de rayonnement qui s'étend au droit dudit plan de masse et parallèlement à celui-ci, la surface (2) de rayonnement étant divisée en au moins deux (51, 52) zones de rayonnement séparées par des jonctions (41, 42), les jonctions entre les zones de rayonnement comportant des moyens (60) formant commutateurs aptes à mettre en résonance toute ou partie de la surface de rayonnement en reliant électriquement toutes ou partie des zones (51, 52) de rayonnement, la surface plane de rayonnement comportant un point (G) de mise à la masse et un point d'attaque (A), caractérisée en ce que le courant de commande des commutateurs arrive à l'antenne par le point d'attaque.
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une zone (51, 52) de rayonnement comporte au moins une fente (5) de rayonnement.
  3. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la fente (5) est apte à permettre le rayonnement de la surface (2) de rayonnement dans une première bande de fréquences lorsque toutes les zones (51, 52) de rayonnement sont reliées entre elles.
  4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite première bande est la bande de fréquences aux alentours de 900 MHz, de préférence celle du système mondial de communications mobiles (GSM), notamment de 824 MHz à 960 MHz.
  5. Antenne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'ouverture (6) d'au moins une fente (5), l'ouverture étant située au niveau de la périphérie (7) de la surface (2) de rayonnement, comporte des moyens (61) formant commutateurs aptes à permettre la circulation de courant sur la périphérie (7) de la surface de rayonnement dans un état fermé ou à permettre la circulation de courant sur la périphérie (8) interne de la fente (5) dans un état ouvert.
  6. Antenne selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la surface de rayonnement est apte à rayonner dans une deuxième bande de fréquences lorsque certains des commutateurs (60) situés aux jonctions des zones de rayonnement sont dans un état ouvert.
  7. Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite deuxième bande est la bande de fréquences aux alentours de 1800 MHz, de préférence celle du système DCS 1800 ou « Digital Communication System (DCS) 1800 MHz », notamment de 1710 MHz à 1990 MHz.
  8. Antenne selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens (60, 61) formant commutateurs sont des commutateurs actifs à faible perte et à grand pouvoir isolant.
  9. Antenne selon la revendication 7, caractérisée en ce que les commutateurs (60, 61) comportent une diode PIN.
  10. Antenne selon la revendication 7, caractérisée en ce que les commutateurs (60, 61) comportent un élément actif de type transistor à effet de champ.
  11. Antenne selon l'une des revendication 9 ou 10, caractérisée en ce qu'une zone de rayonnement (53) comporte le point d'attaque (A), et une autre zone (51) comporte le point (G) de mise à la masse, les deux zones étant séparées par une jonction comportant des moyens de découplage aptes à forcer le passage du courant continu du point d'attaque (A) vers le point de mise à la masse (G) en passant par la périphérie (7) de la surface de rayonnement.
  12. Antenne selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens (60, 61) formant commutateurs sont des microsystèmes électromécaniques (MEMS).
  13. Téléphone, caractérisé en ce qu'il comporte une antenne selon l'une des revendications précédentes.
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