EP1580834A1 - Système et procédé de commande dynamique de la largeur de la bande passante d'une antenne, téléphone associé. - Google Patents

Système et procédé de commande dynamique de la largeur de la bande passante d'une antenne, téléphone associé. Download PDF

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EP1580834A1
EP1580834A1 EP05102363A EP05102363A EP1580834A1 EP 1580834 A1 EP1580834 A1 EP 1580834A1 EP 05102363 A EP05102363 A EP 05102363A EP 05102363 A EP05102363 A EP 05102363A EP 1580834 A1 EP1580834 A1 EP 1580834A1
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EP
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antenna
switching
impedance
module
band
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EP05102363A
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EP1580834B1 (fr
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Fernando Romao
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Sagem SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/335—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching

Definitions

  • the present invention relates to a dynamic control technique of the width of the bandwidth of an antenna.
  • antennas used in mobile phones suffer miniaturization and the diversity of functions built into them.
  • the space available for the antennas is reduced.
  • the direct consequence of reducing the space available for the antenna in a mobile phone is a decrease in performance and the bandwidth of the antenna.
  • the losses of the antenna of a mobile for which the volume of the antenna is restricted are typically at the end of GSM band ("Global System for Mobile Communications") mobile communications) by 2 dB, and losses at the end of the DCS band ("Digital Communication System”) and PCS ("Personal Communications Services') between 1.7 dB and 3 dB.
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • DCS Digital Communication System
  • PCS Personal Communications Services'
  • Two switching elements for example in the form impedances L, are placed between two radiating surfaces 1 and 2 of a antenna of a mobile phone. Depending on the frequency of use of the antenna, the impedances L connect or not the two radiating surfaces 1 and 2 and thus perform a switching within the antenna.
  • other switching elements are of course known, and combine capacitors and / or diodes to inductors.
  • the quality factor Q of the components is paramount.
  • the gain of the system of switching of Figure 1 is -3 dBiso for an impedance L equal to 10 nh and having a quality factor Q of 80, while the gain is -4 dBiso for an impedance L equal to 10 nh and having a quality factor Q of 50.
  • FIG. 1 An example of a known impedance matching system is schematically shown in FIG.
  • Such a system thus comprises a transmitting / receiving antenna 3 connected to a transceiver module 4 in which all the elements digital and radio of a phone are present.
  • the module 4 thus comprises an output 47 of RX receiver chain of a GSM band, an output 48 of a GSM TX transmission chain, and by example an output 49 of the receiver channel RX of a DCS band and a output 50 of transmission chain TX DCS.
  • Other bands may well understood to be provided in addition to the band or in lieu of the DCS band, like a PCS band for example.
  • Switching means 41 controlled by means of control 42 make it possible to switch between circuits impedance matching.
  • an impedance matching circuit 43 RX GSM is connected between switching means 41 and output 47
  • a GSM TX impedance matching circuit 44 is connected between the switching means 41 and the output 48
  • an adaptation circuit 45 RX DCS impedance is connected between switching means 41 and the output 49
  • a TX DCS impedance matching circuit 46 is connected between switching means 41 and output 50. As shown in FIG. FIG. 4, all these means are included in the transmitter / receiver module 4.
  • Frontal modules Front end
  • switching module a switching module
  • Module 4 in particular the front module, depends on the antenna 3 used.
  • the switching means 41 are generally characterized at 50 ⁇ also, which also introduces losses at antenna gain level 3.
  • the invention proposes to overcome at least one of the disadvantages of the art prior.
  • One of the aims of the invention is to propose a technique of control of the bandwidth of an antenna which allows a reduction of the dimensions of the antenna while keeping performances in bandwidth and efficiency that are acceptable.
  • One of the aims of the invention is to propose a technique of control of the bandwidth of an antenna that allows to perform an adaptation of the impedances on the reception channels RX and transmission when the antenna characteristic is too far from 50 ⁇ .
  • One of the aims of the invention is to propose a technique of command of the bandwidth of an antenna which allows to have a point at 50 ⁇ that is common to all frequency bands.
  • one of the aims of the invention is to propose a technique controlling the bandwidth of an antenna which allows the insertion of to the standard transceiver module with a baseband and a radio frequency band a connector for access to an antenna external.
  • One of the aims of the invention is also to propose a technique control of the bandwidth of an antenna that allows to define a single point of control in manufacturing and during recipe checks at the operators
  • One of the aims of the invention is furthermore to propose a technique of control of the bandwidth of an antenna which allows manufacturers of complete transceiver modules with a baseband and a radio frequency band to make modules standards independent of customer application and / or manufacturers of front end modules comprising a power amplifier and a switch module to make standard modules independent of customer application.
  • One of the aims of the invention is to propose a technique of bandwidth control that allows to adapt a module transmitter / receiver having a baseband and a band radio frequencies from one mobile phone to another.
  • the invention proposes a system according to claim 1.
  • the invention also relates to a telephone and a method of setting implementation of the system.
  • the present invention has the advantage of extending the band passing antenna of a mobile phone in multiband configuration.
  • Figure 3 shows a block diagram of the invention.
  • the inventor realized that by combining an impedance switching system 6 relatively simple directly in series on the point of attack B of a multiband antenna 3 (in the driven domain) and output A of a module transmitter / receiver 4, it was possible to extend the bandwidth of the antenna 3, and this in a surprising way and contrary to what thought the specialists.
  • the principle of the invention is simple and makes it possible to extend the band passing a multiband antenna 3 from an antenna presenting insufficient bandwidth characteristics for an application given.
  • the switching system 6 placed between the points A and B makes it possible to switch between at least two band modes.
  • Each band mode corresponds to a state corresponding to the series connection of a impedance between said antenna 3 and said module 4.
  • the first band mode is shown schematically at the Figure 4A.
  • the impedance between points A and B is null and the frequency-dependent loss diagram is by example that in full line in Figure 5.
  • the second band mode is shown schematically at the Figure 4B.
  • the impedance between points A and B is equal to an adaptation impedance Z and the loss pattern in Frequency function is the dashed line in Figure 5.
  • the loss diagram is shifted in the frequency domain (phenomenon of "frequency shifting" in English). We can thus improve the performance of the antenna 3 according to the frequency of use.
  • the impedance Z varies as a function of the frequency of use of the antenna 3.
  • the impedance Z is equal to a first value Z 1 for the equal frequency value f 1 and Z is a second value Z 2 for the value of equal frequency f 2 .
  • Figure 6 shows a first schematic embodiment possible a switching system 6 according to the invention.
  • the system 6 is thus mainly composed of an active element 61 switching that can be switched on or off between module 4 and the antenna 3, the passive impedance Z, being composed for its part example of an inductance 62 connected in series with a capacitor 63, the inductor 62 and the capacitor 63 being connected in parallel with the element active 61 at points A and B.
  • the active element is an active diode 61.
  • the active diode 61 is of the PIN diode type (semiconductor configuration: P layer - intrinsic layer - n layer).
  • the diode 61 in the off state, is equivalent to a capacity of 0.2 pF in parallel with a resistance of 10 k ⁇ . It thus materializes a infinite impedance approximated.
  • the diode 61 In the on state, is equivalent to a resistance of 0.3 ⁇ in series with an inductance of 0.4 nh. She thus materializes an approximate short circuit.
  • the active diode 61 can be replaced by any other device capable of switching between a short circuit and a circuit open for signals of the type considered.
  • the diode 61 can be replaced by an effect transistor of field, or a miniature electromechanical switch in technology MEMS ("micro-electronic mechanical system").
  • Table 1 gives examples of digital applications for values of the impedance Z A of the antenna 3 for a GSM band on the RX channel in the case of FIG. 6, the diode 61 being conducting.
  • the TOS is the Stationary Wave Rate of the antenna and characterizes the distance of the characteristic of the antenna from the ideal value of 50 ⁇ . The closer the TOS is to - ⁇ , the better the antenna is.
  • FIGS. 7A to 7E show several possible choices for Z, the choice being made according to the different bands.
  • FIG. 7A shows a capacitance in parallel with an inductance connected in series with a capacitance
  • FIG. 7B represents an inductance in series with a capacitance
  • FIG. 7C represents an inductance connected in parallel with a capacitor, the mounting being in series with a capacitor
  • Figure 7D shows inductance in series with a capacitance
  • Figure 7E shows an inductance connected in parallel with a capacitance.
  • Table 3 shows the equivalent electrical characteristics of each Z as a function of the usage band.
  • the impedance Z is equivalent to a capacity when the antenna 3 has an element parasitic inductive and that Z is equivalent to an inductance when the antenna 3 comprises a parasitic capacitive element.
  • Z compensates as well always the parasitic behavior of the antenna 3 for a frequency given, so that the TOS and the losses are the lowest possible.
  • the width of the bandwidth of the antenna is thus controlled dynamically.
  • Figure 8 shows schematically a possible embodiment complete of a switch having a switching system 6.
  • the system 6 is connected, as in Figures 3 and 6 for example, between the transmitter / receiver module 4 and the antenna 3.
  • the connection between the system 6 and module 4 is materialized by point 5, which is the point common to 50 ⁇ of all frequency bands.
  • the link between the system 6 and the antenna 3 is materialized as for it by the pole 8.
  • the telephone further comprises means 7 forming a processor central office defining the switching strategy of the active element 61, preferably the active diode 61, in communication.
  • the means 7 thus comprise memory means capable of storing a program of switching of the active diode 61 and microprocessor means enabling the implementation of the program.
  • the switching strategy of the active diode 61 is thus predefined in the switching program and depends on the frequency and the cycle of communication (phase of transmission, reception or listening of control).
  • the link between the system 6 and the means 7 is effected by a pole referenced by 9.
  • the means 7 also control, thanks to a link 68, 41 means of switching the different channels (RX, TX and listening of control) of the different GSM / DCS / PCS bands of the telephone. Ways 41 switching of different channels are similar to the means referenced 41 in FIG. 1.
  • the control of the means 41 of band switching occurs in synchronism with the control of the switching system 6 of the active diode 61.
  • the system 6 is moreover connected to the mass of the telephone thanks to pole 10.
  • the impedance Z and the active diode 61 are connected in parallel to each other between points A and B.
  • Point A is connected to point 5 and point B is connected to point 8.
  • a capacitor 66 is connected between the pole 10 and an internal terminal 67 to the system 6.
  • a control resistor 65 is connected between point 67 and pole 9.
  • a choke inductor 64 is connected between point 67 and point A.
  • the diode 61 is still passing in TX and that the diode is blocked in RX, then the voltage of diode control arriving at pole 9 is 3 V for the on state and 0 V for the blocked state. There is indeed no harmonic generated.
  • the switching program can fix the diode active 61 can be blocked in TX as well.
  • the control voltage arriving at pole 9 is this time 3 V for the on state and -20 / -30 V for the state blocked. This avoids the creation of harmonics.
  • the control signal can also be a current of ordered.
  • the control signal arriving at the pole 9 thus controls the opening or closing the diode 61 according to the frequency of use and the communication cycle (TX transmission, RX reception or listening to control).
  • the command is thus dynamic.
  • the switching of the diode 61 from one state to another takes place during the phases of radio inactivity of the phone, and in a very short time (from the order of a few tens of microseconds) depending on the strategy predefined in the means 7.
  • Figure 9 shows another possible embodiment of a switch.
  • the device is similar to that of Figure 8 and the elements are not included for clarity.
  • the difference in the mode of embodiment of Figure 9 compared to that of Figure 8 is that the impedance Z is variable.
  • the value of the impedance Z is set by the control means 7 through a connection 69.
  • the means 7 thus control the value of the impedance Z at the same time as the state of the active diode 61 for optimized use of the antenna.
  • the invention has the advantage of allowing a command dynamic of the bandwidth of the antenna thanks to a simple device.

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Abstract

L'invention concerne un système de commande de la largeur de la bande passante d'une antenne (3) d'un téléphone mobile comportant un module (4) émetteur/récepteur, caractérisé en ce qu'il comporte un système (6) de commutation d'impédance apte à commuter entre au moins deux états correspondant chacun au branchement en série d'une impédance entre ladite antenne (3) et ledit module (4), le système (6) de commutation étant commandé par des moyens dynamiques (7) de commande. L'invention concerne également un téléphone et un procédé de mise en oeuvre du système. <IMAGE>

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention concerne une technique de commande dynamique de la largeur de la bande passante d'une antenne.
Plus précisément, elle concerne la commande de la largeur de la bande passante d'une antenne d'un téléphone mobile.
ETAT DE L'ART
Actuellement, les antennes utilisées dans les téléphones mobiles souffrent de la miniaturisation et de la diversité des fonctions intégrées dans ceux-ci. La place disponible pour les antennes se réduit.
La conséquence directe de la réduction de la place disponible pour l'antenne dans un téléphone mobile est une diminution du rendement et de la bande passante de l'antenne.
Face à ce problème, différentes stratégies sont actuellement mises en oeuvre par les constructeurs de téléphones mobiles.
Premièrement, on peut concevoir un téléphone mobile de petite taille et se satisfaire de performances médiocres du téléphone.
Par exemple, les pertes de l'antenne d'un mobile pour lequel le volume de l'antenne est restreint sont typiquement en bout de bande GSM (« Global System for Mobile communications » ou système mondial de communications mobiles) de 2 dB, et les pertes en bout de bande DCS (« Digital Communication System ») et PCS (« Personal Communications Services ») comprises entre 1.7 dB et 3 dB. Ces pertes sont relativement importantes et la fréquence de résonance centrale de l'antenne d'un téléphone est choisie de façon à trouver un compromis entre les pertes en transmission et les pertes en réception.
Deuxièmement, on peut renoncer à concevoir un mobile aussi petit que le voudrait le consommateur pour privilégier les performances de l'antenne.
On voit clairement que ces deux premières stratégies n'apportent pas satisfaction.
Troisièmement, on peut élaborer des systèmes complexes de commutation soit au sein de l'antenne, soit sur ses accès de masse dans le cas des antennes avec retour de masse - comme les antennes « patch », « PIFA (Plane Inverted F Antenna) », etc.
Un exemple d'un système connu de commutation au sein de l'antenne est représenté schématiquement sur la figure 1.
Deux éléments de commutation, par exemple sous forme d'impédances L, sont placés entre deux surfaces rayonnantes 1 et 2 d'une antenne d'un téléphone mobile. En fonction de la fréquence d'utilisation de l'antenne, les impédances L relient ou non les deux surfaces rayonnantes 1 et 2 et effectuent ainsi une commutation au sein de l'antenne. D'autres éléments de commutation sont bien entendu connus, et combinent des capacités et/ou des diodes à des inductances.
De tels systèmes de commutation au sein de l'antenne ne sont cependant pas satisfaisants.
En effet, ils sont générateurs de pertes, au-delà de la complexité introduite par l'ajout de composants au sein de l'antenne. Du fait de la présence d'un fort courant efficace sur la périphérie de la surface de l'antenne, le facteur de qualité Q des composants est primordial. Par exemple, pour une utilisation dans la bande GSM, le gain du système de commutation de la figure 1 est de -3 dBiso pour une impédance L égale à 10 nh et ayant un facteur de qualité Q de 80, alors que le gain est de -4 dBiso pour une impédance L égale à 10 nh et ayant un facteur de qualité Q de 50.
Les systèmes connus de commutation sur les retours de masse, sur les antennes patch par exemple, présentent les mêmes inconvénients que les systèmes de commutation au sein de l'antenne. Ils introduisent des pertes importantes.
On peut également élaborer des systèmes complexes d'adaptation de l'impédance de l'antenne sur ses chaínes de réception RX et de transmission TX. Le principe de commutation d'impédance est largement connu pour accorder en fréquence une antenne.
Un exemple de système connu d'adaptation d'impédance est représenté schématiquement sur la figure 2.
Un tel système comporte ainsi une antenne 3 d'émission/réception reliée à un module émetteur/récepteur 4 dans lequel tous les éléments numériques et radio d'un téléphone sont présents.
Le module 4 comporte ainsi une sortie 47 de chaíne de réception RX d'une bande GSM, une sortie 48 de chaíne de transmission TX GSM, et par exemple une sortie 49 de chaíne de réception RX d'une bande DCS et une sortie 50 de chaíne de transmission TX DCS. D'autres bandes peuvent bien entendu être prévues en complément de la bande ou en remplacement de la bande DCS, comme une bande PCS par exemple.
Des moyens de commutation 41 commandés par des moyens de commande 42 permettent d'effectuer une commutation entre des circuits d'adaptation d'impédances. Ainsi, un circuit d'adaptation 43 d'impédance RX GSM est branché entre les moyens de commutation 41 et la sortie 47, un circuit d'adaptation 44 d'impédance TX GSM est branché entre les moyens de commutation 41 et la sortie 48, un circuit d'adaptation 45 d'impédance RX DCS est branché entre les moyens de commutations 41 et la sortie 49, et un circuit d'adaptation 46 d'impédance TX DCS est branché entre les moyens de commutation 41 et la sortie 50. Comme le montre la figure 4, tous ces moyens sont inclus dans le module émetteur/récepteur 4.
On peut ainsi adapter globalement l'antenne à la chaíne RX ou TX de chaque bande GSM et DCS par exemple.
Un tel système de commutation comporte cependant de nombreux inconvénients.
En effet, si on veut pouvoir tester les performances en radiofréquences RF du dispositif au point 5, il faut que l'impédance de sortie du module 4 soit sensiblement égale à 50 Ω en ce point.
Or, avec un tel système, il n'y a plus de point à 50 Ω qui soit commun à toutes les bandes de fréquences. Ce manque de point commun à 50 Ω pose les problèmes suivants.
Il est difficile, voire impossible, d'insérer au module émetteur/récepteur 4 un connecteur pour un accès à une antenne externe.
Il est difficile de définir un point de contrôle unique en fabrication et lors des contrôles de recettes chez les opérateurs recevant les téléphones mobiles fabriqués. Il est nécessaire d'effectuer de nombreux calibrages pour ces contrôles.
Il est difficile, voire impossible, pour les fabricants de modules complets émetteurs/récepteurs comportant une bande de base et une bande radiofréquences de fabriquer des modules standard indépendants de l'application des clients.
Il est difficile, voire impossible, pour les fabricants de modules frontaux (« front end » en anglais) comportant un amplificateur de puissance et un module de commutation de fabriquer des modules standard indépendants de l'application des clients.
Il est difficile d'adapter le module émetteur/récepteur 4 d'un téléphone mobile à l'autre. Le module 4, notamment le module frontal, dépend de l'antenne 3 utilisée.
De plus, les moyens 41 de commutation sont généralement caractérisés à 50 Ω également, ce qui introduit également des pertes au niveau du gain de l'antenne 3.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention propose de pallier au moins un des inconvénients de l'art antérieur.
Un des buts de l'invention est de proposer une technique de commande de la largeur de bande d'une antenne qui permette une réduction des dimensions de l'antenne tout en gardant des performances en rendement et en largeur de bande qui soient acceptables.
Un des buts de l'invention est de proposer une technique de commande de la largeur de bande d'une antenne qui permette d'effectuer une adaptation des impédances sur les chaínes de réception RX et de transmission TX lorsque la caractéristique de l'antenne est trop éloignée de 50 Ω.
Un des buts de l'invention est de proposer une technique de commande de la largeur de bande d'une antenne qui permette d'avoir un point à 50 Ω qui soit commun à toutes les bandes de fréquences.
Notamment, un des buts de l'invention est de proposer une technique de commande de la largeur de bande d'une antenne qui permette d'insérer au module émetteur/récepteur standard comportant une bande de base et une bande radiofréquences un connecteur pour un accès à une antenne externe.
Un des buts de l'invention est également de proposer une technique de commande de la largeur de bande d'une antenne qui permette de définir un point de contrôle unique en fabrication et lors des contrôles de recettes chez les opérateurs
Un des buts de l'invention est en outre de proposer une technique de commande de la largeur de bande d'une antenne qui permette aux fabricants de modules émetteurs/récepteurs complets comportant une bande de base et une bande radiofréquences de fabriquer des modules standard indépendants de l'application des clients et/ou aux fabricants de modules frontaux (« front end ») comportant un amplificateur de puissance et un module de commutation de fabriquer des modules standard indépendants de l'application des clients.
Un des buts de l'invention est de proposer une technique de commande de largeur de bande qui permette d'adapter un module émetteur/récepteur comportant une bande de base et une bande radiofréquences d'un téléphone mobile à l'autre.
A cet effet, l'invention propose un système selon la revendication 1.
Des modes de réalisation préférés sont présentés dans les revendications secondaires.
L'invention concerne également un téléphone et un procédé de mise en oeuvre du système.
L'invention présente notamment l'avantage d'étendre la bande passante de l'antenne d'un téléphone mobile en configuration multibande.
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 commentée, représente schématiquement un exemple d'un système connu de commutation au sein d'une antenne d'un téléphone mobile ;
  • la figure 2, déjà commentée, représente schématiquement un exemple d'un système connu de commutation permettant une adaptation d'impédance ;
  • la figure 3 montre un schéma de principe de l'invention ;
  • les figures 4A et 4B représentent schématiquement deux états d'un système de commutation d'impédance selon l'invention ;
  • la figure 5 représente le diagramme des pertes de l'antenne en fonction des fréquences ;
  • la figure 6 montre un premier mode de réalisation schématique possible d'un système de commutation selon l'invention ;
  • les figures 7A à 7B montrent plusieurs choix possibles pour l'impédance Z d'adaptation ;
  • la figure 8 montre schématiquement un mode de réalisation possible complet d'un commutateur comportant un système de commutation ; et
  • la figure 9 montre une variante de la figure 8 dans laquelle l'impédance Z est variable et commandée par les moyens de commande.
Les éléments similaires portent des références numériques identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
La figure 3 montre un schéma de principe de l'invention. L'inventeur s'est rendu compte qu'en associant un système 6 de commutation d'impédance relativement simple directement en série sur le point d'attaque B d'une antenne 3 multibande (dans le domaine conduit) et en sortie A d'un module émetteur/récepteur 4, on pouvait étendre la bande passante de l'antenne 3, et ce de façon surprenante et contrairement à ce que pensaient les spécialistes.
Le principe de l'invention est simple et permet d'étendre la bande passante d'une antenne 3 multibande à partir d'une antenne présentant des caractéristiques de bande passante insuffisante pour une application donnée.
Le système de commutation 6 placé entre les points A et B permet de commuter entre au moins deux modes de bande. Chaque mode de bande correspond à un état correspondant au branchement en série d'une impédance entre ladite antenne 3 et ledit module 4.
Le premier mode de bande est représenté schématiquement à la figure 4A. Dans cette configuration, l'impédance entre les points A et B est nulle et le diagramme des pertes en fonction des fréquences est par exemple celui en trait plein sur la figure 5.
Le deuxième mode de bande est représenté schématiquement à la figure 4B. Dans cette configuration, l'impédance entre les points A et B est égale à une impédance d'adaptation Z et le diagramme des pertes en fonction des fréquences est celui en traits pointillés sur la figure 5. Le diagramme des pertes est décalé dans le domaine des fréquences (phénomène de « frequency shifting » en anglais). On peut ainsi améliorer les performances de l'antenne 3 en fonction de la fréquence d'utilisation.
L'impédance Z varie en fonction de la fréquence d'utilisation de l'antenne 3. Ainsi, L'impédance Z vaut une première valeur Z1 pour la valeur de fréquence égale f1 et Z vaut une deuxième valeur Z2 pour la valeur de fréquence égale f2.
La figure 6 montre un premier mode de réalisation schématique possible d'un système 6 de commutation selon l'invention.
Le système 6 est ainsi principalement composé d'un élément actif 61 de commutation pouvant être passant ou bloqué entre le module 4 et l'antenne 3, l'impédance passive Z, étant composée quant à elle par exemple d'une inductance 62 montée en série d'une capacité 63, l'inductance 62 et la capacité 63 étant montées en parallèle de l'élément actif 61 aux points A et B.
Avantageusement, l'élément actif est une diode active 61.
Préférentiellement, la diode active 61 est du type diode PIN (semiconducteur de configuration : couche P - couche intrinsèque - couche n). Ainsi, à l'état bloqué, la diode 61 est équivalente à une capacité de 0.2 pF en parallèle avec une résistance de 10 kΩ. Elle matérialise ainsi une impédance infinie approchée. A l'état passant, la diode 61 est équivalente à une résistance de 0.3 Ω en série avec une inductance de 0.4 nh. Elle matérialise ainsi un court-circuit approché.
Bien entendu, la diode active 61 peut être remplacée par tout autre dispositif apte à réaliser une commutation entre un court circuit et un circuit ouvert pour des signaux du type considéré.
Notamment, la diode 61 peut être remplacée par un transistor à effet de champ, ou un commutateur électromécanique miniature en technologie MEMS (« micro-electronic mechanical system »).
On donne dans le tableau 1 des exemples d'applications numériques pour des valeurs de l'impédance ZA de l'antenne 3 pour une bande GSM sur la chaíne RX dans le cas de la figure 6, la diode 61 étant passante. On rappelle que le TOS est le Taux d'Ondes Stationnaires de l'antenne et caractérise l'éloignement de la caractéristique de l'antenne par rapport à la valeur idéale de 50 Ω. Plus le TOS s'approche de -∞, plus l'antenne est idéale.
Fréquence f (MHz) Impédance ZA TOS (dB) Pertes (dB)
925 27 Ω + 2.3 nh -9.4 0.5
948 20 Ω + 6.5 nh -4.26 2
960 21 Ω + 8.8 nh -3.3 2.7
Si on place, dans le schéma de la figure 6, une capacité 63 de 4.3 pF en série de l'antenne 3, on compense l'élément inductif de 6.5 nh de l'antenne 3. Pour ce faire, on place la capacité 63 en série avec l'antenne 3 en mettant la diode 61 en état bloqué et en mettant une inductance 62 de valeur négligeable. On contrecarre l'impédance parasite de l'antenne 3 et on obtient les résultats du tableau 2.
Fréquence f (MHz) Impédance ZA TOS (dB) Pertes (dB)
925 27 Ω + 6.7 pF -7.3 0.88
948 20 Ω -7.3 0.88
960 21 Ω + 2.2 nh -6.95 0.88
On va donc travailler avec une diode 61 à l'état passant pour les fréquences autour de 925 MHz pour obtenir les bons résultats de la première ligne du tableau 1, et travailler avec une diode à l'état bloqué autour de 948 MHz et 960 MHz pour obtenir les résultats des deux dernières lignes du tableau 2. On a ainsi une utilisation de l'antenne 3 qui est optimisée en fonction de la fréquence.
Les développements qui précèdent s'appliquent à une bande unique. Pour le cas d'une antenne 3 ayant plusieurs fréquences de résonance, le choix de Z est bien entendu différent de ce qui est représenté à la figure 6. Il tient compte notamment de la présence de la diode 61 et de son schéma électrique équivalent.
Les figures 7A à 7E montrent plusieurs choix possibles pour Z, le choix étant fait en fonction des différentes bandes.
La figure 7A représente une capacité en parallèle avec une inductance montée en série avec une capacité, la figure 7B représente une inductance en série avec une capacité, la figure 7C représente une inductance montée en parallèle avec une capacité, le montage étant en série avec une inductance, la figure 7D représente une inductance en série avec une capacité et la figure 7E représente une inductance montée en parallèle avec une capacité. Le tableau 3 reprend les caractéristiques électriques équivalentes de chaque Z en fonction de la bande d'utilisation.
Schémas Comportement de Z pour la bande GSM Comportement de Z pour la bande DCS/PCS
Figure 7A C1 C2
Figure 7B L1 L2 (L1<L2)
Figure 7C L1 L2 (L1>L2)
Figure 7D C1 L2
Figure 7E L1 C2
On cherche ainsi à ce que l'impédance Z, en fonction des fréquences, soit équivalente à une capacité lorsque l'antenne 3 comporte un élément inductif parasite et que Z soit équivalente à une inductance lorsque l'antenne 3 comporte un élément capacitif parasite. Z compense ainsi toujours le comportement parasite de l'antenne 3 pour une fréquence donnée, pour que le TOS et les pertes soient les plus faibles possibles.
La largeur de la bande passante de l'antenne est ainsi commandée dynamiquement.
La figure 8 montre schématiquement un mode de réalisation possible complet d'un commutateur comportant un système 6 de commutation.
Le système 6 est branché, comme sur les figures 3 et 6 par exemple, entre le module émetteur/récepteur 4 et l'antenne 3. La liaison entre le système 6 et le module 4 est matérialisée par le point 5, qui est le point commun à 50 Ω de toutes les bandes de fréquences. La liaison entre le système 6 et l'antenne 3 est matérialisée quant à elle par le pôle 8.
Le téléphone comporte de plus des moyens 7 formant processeur central définissant la stratégie de commutation de l'élément actif 61, préférentiellement la diode active 61, en communication. Les moyens 7 comportent ainsi des moyens mémoire aptes à stocker un programme de commutation de la diode active 61 et des moyens formant microprocesseur permettant la mise en oeuvre du programme.
La stratégie de commutation de la diode active 61 est ainsi prédéfinie dans le programme de commutation et dépend de la fréquence et du cycle de communication (phase de transmission, réception ou d'écoute de contrôle). La liaison entre le système 6 et les moyens 7 s'effectue par un pôle référencé par 9.
Les moyens 7 commandent également, grâce à une liaison 68, des moyens 41 de commutation des différentes chaínes (RX, TX et d'écoute de contrôle) des différentes bandes GSM/DCS/PCS du téléphone. Les moyens 41 de commutation des différentes chaínes sont similaires aux moyens référencés par 41 sur la figure 1. La commande des moyens 41 de commutation des bandes s'effectue en synchronisme de la commande du système 6 de commutation de la diode active 61.
Le système 6 est par ailleurs relié à la masse du téléphone grâce au pôle 10.
Comme précédemment, l'impédance Z et la diode active 61 sont branchées en parallèles l'une de l'autre entre les points A et B. Le point A est relié au point 5 et le point B est relié au point 8.
Une capacité 66 est branchée entre le pôle 10 et une borne 67 interne au système 6. Une résistance de contrôle 65 est quant à elle branchée entre le point 67 et le pôle 9.
Une inductance « self de choc » 64 est branchée entre le point 67 et le point A.
Si selon le programme de commutation, la diode 61 est toujours passante en TX et que la diode est bloquée en RX, alors le voltage de commande de la diode arrivant au pôle 9 est de 3 V pour l'état passant et de 0 V pour l'état bloqué. Il n'y a en effet pas d'harmoniques générées.
Par contre, le programme de commutation peut fixer que la diode active 61 peut être bloquée en TX également. Dans ce cas, il y a risque de création d'harmoniques. Par conséquent, le voltage de commande arrivant au pôle 9 est cette fois 3 V pour l'état passant et de -20/-30 V pour l'état bloqué. On évite ainsi la création d'harmoniques.
Le signal de commande peut également être un courant de commande.
Le signal de commande arrivant au pôle 9 commande ainsi l'ouverture ou la fermeture de la diode 61 en fonction de la fréquence d'utilisation et du cycle de communication (transmission TX, réception RX ou d'écoute de contrôle). La commande est ainsi dynamique.
La commutation de la diode 61 d'un état à l'autre s'effectue pendant les phases d'inactivité radio du téléphone, et dans un temps très court (de l'ordre de quelques dizaines de microsecondes) en fonction de la stratégie prédéfinie dans les moyens 7.
Avec un système selon l'invention, on peut obtenir des pertes de l'ordre de 0.1 dB seulement (à cause de l'inductance de contrôle et de la résistance de la diode), alors que des systèmes de commutation au sein de l'antenne présentent au mieux des pertes de 1.2 dB.
Les développements qui précèdent s'appliquent à un téléphone ayant une seule antenne. On peut bien entendu étendre l'invention à un téléphone comportant plus d'une antenne. On peut ainsi prévoir une autre antenne dédiée à la bande UMTS (« Universal Mobile Telecommunication System » ou système universel de communication avec les mobiles) par exemple en parallèle de l'antenne déjà décrite dédiée au GSM, DCS, PCS.
Les développements qui précèdent s'appliquent également à une inductance Z active.
La figure 9 montre un autre mode de réalisation possible d'un commutateur. Le dispositif est similaire à celui de la figure 8 et les éléments ne sont pas repris pour plus de clarté. La différence dans le mode de réalisation de la figure 9 par rapport à celui de la figure 8 est que l'impédance Z est variable. La valeur de l'impédance Z est réglée par les moyens de commande 7 grâce à une liaison 69. Les moyens 7 commandent ainsi la valeur de l'impédance Z en même temps que l'état de la diode active 61 pour une utilisation optimisée de l'antenne.
L'invention présente l'avantage de permettre une commande dynamique de la largeur de la bande passante de l'antenne grâce à un dispositif simple.

Claims (13)

  1. Système de commande de la largeur de la bande passante d'une antenne (3) d'un téléphone mobile comportant un module (4) émetteur/récepteur, un système (6) de commutation d'impédance apte à commuter entre au moins deux états correspondant chacun au branchement en série d'une impédance entre ladite antenne (3) et ledit module (4), le système (6) de commutation étant commandé par des moyens dynamiques (7) de commande, caractérisé en ce que le système (6) de commutation comporte un élément actif (61) de commutation dont l'état passant ou bloqué est commandé par les moyens (7) dynamiques de commande, ledit élément actif (61) étant monté en parallèle d'une impédance (Z) d'adaptation.
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément actif (61) est une diode active.
  3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément actif (61) est un transistor à effet de champ.
  4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément actif (61) est un commutateur électromécanique miniature.
  5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément actif (61) est apte à commuter entre un premier état où l'antenne (3) est directement reliée au module (4) et un deuxième état où l'impédance (Z) d'adaptation est branchée en série entre ladite antenne (3) et ledit module (4).
  6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'impédance (Z) d'adaptation comporte au moins une inductance (62) et/ou une capacité (63).
  7. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'impédance (Z) d'adaptation est une impédance variable dont la valeur est commandée par les moyens (7) dynamiques de commande.
  8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système de commutation (6) comporte au moins un pôle de liaison à la masse du téléphone, un pôle de liaison à l'antenne (3), un pôle de liaison au module (4) émetteur/récepteur et un pôle de liaison aux moyens dynamiques (7) de commande apte à recevoir une tension ou courant de commande.
  9. Système selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens (7) de commande dynamiques comportent des moyens mémoire aptes à stocker un programme de commutation du système (6) de commutation et des moyens formant microprocesseur permettant la mise en oeuvre du programme.
  10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le module (4) comporte des moyens (41) de commutation multibande.
  11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens (41) de commutation multibande sont commandés par les moyens (7) dynamiques de commutation.
  12. Téléphone mobile comportant au moins une antenne (3) et un module (4) émetteur/récepteur, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système de commande selon l'une des revendications 1 à 11.
  13. Procédé de commande de la largeur de la bande passante d'une antenne (3) d'un téléphone mobile comportant un module (4) émetteur/récepteur, comportant une étape consistant à commander dynamiquement un système (6) de commutation par des moyens dynamiques (7) de commande pour commuter ledit système (6) de commutation entre au moins deux états, chaque état correspondant au branchement en série d'une impédance entre ladite antenne (3) et ledit module (4), caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à commander des moyens (41) de commutation multibande du module (4) en synchronisme avec le système de commutation.
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