EP1872436B1

EP1872436B1 - Antenne large bande de type dipole

Info

Publication number: EP1872436B1
Application number: EP06743305.2A
Authority: EP
Inventors: Jean-Luc Robert; Philippe Gilberton; Ali Louzir; Jean-François PINTOS; Philippe Minard
Original assignee: InterDigital Madison Patent Holdings SAS
Current assignee: InterDigital Madison Patent Holdings SAS
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2026-04-13
Also published as: HK1111268A1; EP1872436A1; KR101255688B1; KR20070120536A; CN101164197B; WO2006111509A1; FR2884973A1; US20090066599A1; JP4841621B2; CN101164197A; JP2008537419A; US8130163B2

Description

La présente invention concerne une antenne large bande de type dipôle, plus particulièrement une antenne pour la réception de signaux de télévision, notamment la réception de signaux de télévision numériques sur un dispositif électronique portable tel qu'un ordinateur portable, un PVA (Assistant Personnel) ou autre dispositif similaire.
Il existe actuellement sur le marché des équipements permettant de recevoir de la télévision numérique terrestre ou TNT sur des ordinateurs portables ou PC. La réception de signaux TNT sur un ordinateur portable permet de bénéficier de la puissance de calcul du PC pour le décodage du flux d'images numériques. Le plus souvent, ces équipements sont commercialisés sous la forme d'un boîtier avec deux interfaces, à savoir une interface RF (Radio Fréquence) pour une connexion à une antenne VHF-UHF intérieure ou extérieure et une interface USB pour la connexion à l'ordinateur. Des exemples de ce type sont donnés notamment dans la demande de brevet US 2004/0263417 au nom de MICROSOFT Corporation ou dans le brevet US 6544075 au nom de ACCTON Technology Corporation. Toutefois, ces deux documents décrivent un dispositif comportant une antenne indépendante, le plus souvent une antenne de type fouet ou boucle, montée sur un boîtier USB. Le brevet US2004/0145533 divulgue une antenne dipôle qui comprend deux bras qui sont des boîtiers qui comprennent des cartes électroniques.
D'autre part, il est connu depuis longtemps d'utiliser des dipôles comme antenne de réception, voir notamment le brevet US 2002/0109639 . De manière générale, un dipôle classique comprend deux bras identiques présentant une longueur sensiblement égale à λ/4 et placés en vis-à-vis. Les bras sont alimentés en différentiel par un générateur. Ce type d'antenne a été étudié depuis les débuts de l'électromagnétisme et est utilisé notamment pour la réception UHF et même, plus récemment, dans les réseaux sans fils de type WLAN. De ce fait, il est aussi connu d'utiliser des antennes dipôles dont les bras sont montés à rotation pour être repliés dans la radio téléphonie, voir notamment le brevet US 5 561 437 .
La présente invention utilise donc le concept de l'antenne de type dipôle pour réaliser une antenne compacte large bande couvrant l'ensemble de la bande UHF et associée à une carte électronique pouvant se connecter à un appareil portable en utilisant, notamment, un connecteur de type USB.
Ainsi, la présente invention concerne une antenne dipôle large bande comportant un premier et un second bras conducteur alimenté en différentiel, le premier et le second bras étant montés en rotation l'un par rapport à l'autre au niveau d'une zone d'articulation située à une des extrémités de chacun des bras et comportant un élément de connexion.
Selon l'invention chaque bras a une forme générale rectangulaire avec un profil incurvé, au niveau de la zone d'articulation.
Selon un premier mode de réalisation, le premier bras a la forme d'un boîtier dans lequel vient s'insérer une carte électronique.
Selon un second mode de réalisation, le premier bras comporte une face supérieure recouvrant la carte électronique. A cette face supérieure peuvent être associées deux faces latérales.
Les profils sont de préférence complémentaires de manière à pouvoir replier les deux bras l'un contre l'autre et à obtenir de ce fait une antenne compacte, facilement transportable.
Selon une caractéristique de la présente invention, la carte électronique comporte, à une extrémité, un port de connexion pour l'alimentation de l'antenne et à l'autre extrémité un port de connexion à un appareil électronique. De préférence, le port de connexion à l'appareil électronique est un port de connexion USB. De plus, la carte électronique comporte des circuits pour traiter des signaux de type télévision.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description de différents modes de réalisation, cette description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels :

Figure 1 est une vue en perspective de côté d'un premier mode de réalisation d'une antenne conforme à la présente invention.
Figure 2 est une vue en perspective de l'antenne de figure 1.
Figure 3 représente des courbes d'adaptation S11 en fonction de la fréquence pour l'antenne de la figure 2, respectivement avec et sans circuit d'adaptation.
Figure 4 représente un abaque de Smith de l'antenne de figure 2 avec et sans circuit d'adaptation.
Figure 5 représente des courbes donnant l'efficacité de l'antenne en fonction de la fréquence avec ou sans circuit d'adaptation.
Figure 6 est un diagramme de rayonnement en gain de l'antenne de figure 2.
Figure 7 est une représentation identique à la représentation de la figure 1 dans laquelle le second bras prend différentes positions.
Figure 8 représente des courbes donnant l'adaptation en fonction de la fréquence pour les différentes positions du bras 2 représentées à la figure 7.
Figure 9 représente des courbes donnant l'adaptation de l'antenne en fonction de la fréquence pour les différentes positions du bras 2 représentées à la figure 7 lorsque l'antenne est suivie d'un circuit d'adaptation.
Figure 10 représente les diagrammes de rayonnement en gain de l'antenne de figure 7, pour les différentes positions du bras 2.
Figure 11 représente schématiquement un circuit d'adaptation prévu en sortie d'antenne.
Figure 12 est une vue schématique en perspective d'un second mode de réalisation d'une antenne conforme à la présente invention.
Figure 13 et figure 14 représentent respectivement des courbe s donnant l'adaptation en fonction de la fréquence et des courbe s donnant l'efficacité de l'antenne en fonction de la fréquence, respectivement pour l'antenne de la figure 12 par comparaison avec l'antenne de la figure 2.
Figure 15 est une vue en perspective schématique d'un troisième mode de réalisation de la présente invention.
Figure 16 et figure 17 représentent respectivement des courbes donnant l'adaptation en fonction de la fréquence et l'efficacité de l'antenne en fonction de la fréquence pour l'antenne de la figure 15 par comparaison avec l'antenne de la figure 2.
Figure 18 représente une vue en perspective schématique d'un quatrième mode de réalisation de la présente invention, et
figure 19 est une vue schématique d'une carte électronique utilisée dans la présente invention.

Pour simplifier la description dans les figures, les mêmes éléments portent les mêmes références.
On décrira tout d'abord avec référence aux figures 1 et 2, un premier mode de réalisation d'une antenne large bande compacte utilisable pour la réception de la télévision numérique terrestre sur un ordinateur portable conformément à la présente invention.
Comme représenté schématiquement sur les figures 1 et 2, cette antenne de type dipôle comporte essentiellement un premier bras 1 conducteur et un second bras 2 conducteur, les deux bras étant reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'une zone d'articulation 3 située à une des extrémités de chacun des bras.
De manière plus spécifique, le bras 2 est constitué par une plaque rectangulaire en un matériau conducteur métallique, métallisé ou autre et présente une longueur proche de λ/4 à la fréquence centrale de fonctionnement, à savoir proche de 112 mm pour un fonctionnement dans la bande UHF (bande comprise entre 460 et 870 MHz). Ce bras 2 présente une partie rectiligne 2a et une partie incurvée 2b permettant la connexion au niveau de la zone 3 à l'autre bras 1. Le bras 1 a une forme telle qu'il peut être utilisé au moins comme capot pour une carte électronique qui sera décrite en détail ci-après.
De manière plus spécifique, le bras 1 représenté aux figures 1 et 2 comporte une partie rectangulaire 1a formant boîtier dans laquelle peut s'insérer ladite carte électronique et il se prolonge par une partie incurvée 1b formant un évasement progressif qui permet à l'énergie d'être rayonnée progressivement et, de cette manière, favorise une adaptation sur une plus large bande de fréquence. La longueur du bras 1 est aussi sensiblement égale à λ/4. Le bras 1 est réalisé en un matériau conducteur métallique, métallisé ou autre.
Comme représenté sur la figure 1, les bras 1 et 2 ont des longueurs totales quasiment identiques, à savoir une longueur de 118,7 mm dans le mode de réalisation représenté. De manière plus précise, la partie rectiligne présente une longueur de 70 mm et une largeur de 25 mm. De plus, le bras 1 en forme de boîtier présente une hauteur de 10 mm. Les deux bras 1 et 2 sont reliés l'un à l'autre au niveau d'une zone d'articulation 3 qui comporte en 3a un élément de connexion permettant de connecter l'antenne à un circuit générateur ou récepteur de traitement de signaux électromagnétiques. Afin de ne pas perturber le fonctionnement électromagnétique de l'antenne, la zone d'articulation comporte des éléments de connexion faits à l'aide de matériau relativement transparent aux ondes radios tandis que la connexion électrique est assurée par un brin métallique, un coaxial ou similaire relié au circuit générateur ou récepteur de traitement de signaux électromagnétiques. Afin d'éviter un court-circuit entre le brin métallique et le bras 2, une ouverture est nécessaire dans le bras 2.
Comme mentionné ci-dessus, les deux bras 1 et 2 sont réalisés en un matériau conducteur, notamment métallique. Ainsi, ils peuvent être réalisés à partir de plaques métalliques par découpe de ces plaques.
L'antenne de la figure 2 présentant le dimensionnement donné ci-dessus, a été simulée à l'aide d'un logiciel électromagnétique du commerce (IE3D). Dans ces simulations, l'antenne est supposée dans l'air et constituée d'un matériau conducteur présentant une bonne conductivité (σ>=5.10⁷ S/m). Les résultats des simulations sont donnés sur les courbes des figures 3 à 6 qui concernent principalement une simulation faite sur l'antenne seule et une simulation faite lorsque l'antenne est reliée à un circuit d'adaptation tel que celui qui sera décrit avec référence à la figure 11.
La figure 3 représente les courbes d'adaptation en impédance de l'antenne de la figure 2 avec et sans circuit d'adaptation. Sur ces courbes, on voit que la cellule d'adaptation permet d'obtenir une bonne adaptation sur toute la bande UHF, à savoir la bande de fréquence comprise entre 460 - 870 MHz tandis que la courbe obtenue sans circuit d'adaptation permet d'obtenir une bonne adaptation sur une bande de fréquence plus restreinte. Ceci se confirme sur l'abaque de Smith de la figure 4.
La figure 5 représente les courbes donnant l'efficacité de l'antenne avec et sans circuit d'adaptation. Les courbes obtenues confirment les résultats antérieurs et montrent qu'un rendement d'antenne supérieur à 80 % est obtenu sur toute la bande UHF dans le cas de l'utilisation d'un circuit d'adaptation.
Le diagramme de rayonnement de la figure 6 est un diagramme de rayonnement en gain qui confirme que l'antenne de la figure 2 fonctionne comme un dipôle.
Comme mentionné précédemment, le bras 2 de l'antenne est monté à rotation par rapport au bras 1, de manière à orienter l'antenne pour une réception optimale. Sur la figure 7, on a représenté différentes positions du bras 2 par rapport au bras 1, à savoir une position dans laquelle l'angle ∝ entre les deux bras est égal à 0° référencé 20, une position dans laquelle l'angle ∝ entre les deux bras est sensiblement égal à 30° référencé 21, une position dans laquelle l'angle ∝ que font les deux bras est sensiblement égal à 45° référencé 22, une position dans laquelle l'angle ∝ entre les deux bras est sensiblement égal à 60° référencé 23 et une position dans laquelle l'angle ∝ entre les deux bras est sensiblement égal à 90° référencé 24.
Pour connaître l'influence de l'inclinaison du bras 2 par rapport au bras 1, des simulations ont été effectuées pour les différentes positions du bras. Les résultats des simulations sont donnés respectivement sur les figures 8, 9 et 10.
La figure 8 représente les différentes courbes donnant l'adaptation d'impédance en fonction de la fréquence pour les différentes positions du bras 2. On notera que l'antenne est naturellement adaptée pour des fréquences élevées lorsque la valeur ∝ de l'angle est faible et vice-versa. En fait, le champ électrique E peut être établi facilement aux fréquences basses lorsque l'angle ∝ = 0° respectivement aux fréquences hautes lorsque l'angle ∝ = 90°.
La figure 8 donne les résultats pour l'antenne seule. Dans ce cas, l'antenne n'est pas adaptée sur toute la fréquence UHF. Si l'on utilise une cellule d'adaptation telle que celle représentée à la figure 11, on obtient dans ce cas les courbes d'adaptation de la figure 9. D'après ces courbes, la bande supérieure est bien adaptée avec un coefficient S11 inférieur à -6dB pour l'ensemble des positions du bras 2 et la bande inférieure est bien adaptée avec S11 inférieur à - 6dB pour les positions du bras 2 comprises entre 0° et 60°.
D'autre part, on a représenté sur la figure 10 les diagrammes de rayonnement à une fréquence de 660 MHz pour les différentes positions du bras 2 de l'antenne. Les diagrammes de rayonnement sont inclinés en fonction de l'angle d'inclinaison ∝. Cette inclinaison permet d'optimiser la réception du signal de télévision numérique.
Une cellule d'adaptation pouvant être utilisée dans la présente invention, est représentée schématiquement à la figure 11. Sur cette figure, l'antenne A est connectée à la cellule constituée d'une inductance L et d'une capacité C. L'antenne est reliée en série à la capacité C qui est connectée à un amplificateur faible bruit LNA, tandis que l'inductance L est montée entre la masse et le point de connexion de l'antenne à la capacité C.
Pour obtenir une bonne adaptation, la valeur de la capacité C et de l'inductance L sont telles que C = 5 pF et L = 15 nH. Cette cellule d'adaptation a été optimisée pour un bras incliné avec un angle ∝ égal à 60°.
On décrira maintenant avec référence aux figures 12, 13 et 14, une première variante de réalisation de la présente invention. Comme représenté sur la figure 12, dans ce cas l'antenne comporte un bras 2 identique au bras 2 de la figure 2 et un bras 1 constitué seulement par la face supérieure 12 du boîtier formant le bras 1 de la figure 2. Dans ce cas, on obtient les courbes d'adaptation et d'efficacité représentées respectivement sur les figures 13 et 14. Les courbe s de la figure 13 qui compare l'adaptation d'impédance de l'antenne de la figure 12 avec l'antenne de la figure 2 montre que l'on obtient encore une bonne adaptation sur l'ensemble de la bande UHF. Les courbes de la figure 14 montre que, dans ce cas, l'efficacité de l'antenne de la figure 12 est inférieure à celle de l'antenne de la figure 2 dans la bande inférieure du fait de l'élimination des parois latérales et inférieure du bras 1 de la figure 2.
On décrira maintenant avec référence aux figures 15, 16 et 17, un troisième mode de réalisation de la présente invention. Dans ce cas, le bras 2 est identique au bras 2 de l'antenne des figures 2 et 12 tandis que le bras 1 comporte uniquement la face supérieure 1c et les deux faces latérales 1d. Dans ce cas, le bras 1 forme un capot s'emboîtant sur la carte électronique. Les résultats de la simulation représentés sur les figures 16 et 17 montrent que ce mode de réalisation donne des résultats sensiblement identiques au mode de réalisation de la figure 2. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'être plus facilement industrialisable que le mode de réalisation de la figure 2.
On décrira maintenant, avec la référence à la figure 18, un autre mode de réalisation d'une antenne conforme à la présente invention. Dans ce cas, le bras 10 est constitué d'un élément ayant la forme d'un boîtier rectangulaire dont la surface supérieure est emboutie de manière à obtenir une partie 10c. Cette partie emboutie permet de recevoir le bras 20 lorsque celui-ci est replié pour le transport. Le bras 20 présente une forme correspondant sensiblement à une demie-ellipse. Les dimensions des bras 10 et 20 sont sensiblement identiques et correspondent à environ λ/4 à la fréquence de fonctionnement souhaitée. Comme dans le cas des autres figures, le bras 10 et le bras 20 sont interconnectés au niveau d'une zone d'interconnexion 30 de manière à pouvoir tourner l'un par rapport à l'autre.
On décrira maintenant avec référence à la figure 19 un mode de réalisation d'une carte électronique conforme à la présente invention, le bras 1 de l'antenne formant un capot ou un boîtier pour cette carte électronique. Cette carte électronique peut comporter l'ensemble des circuits intégrés nécessaires au traitement d'un signal de télévision numérique. Comme représenté sur la figure 14, cette carte 100 comporte donc un amplificateur faible bruit 101 connecté à la sortie de l'antenne au niveau de la zone de rotation 3 ou 30 de l'antenne, le signal issu de l'amplificateur LNA est envoyé sur un tuner 102 puis à un démodulateur 103 connecté à une interface USB 104. La carte électronique étant munie d'un port de connexion USB 105. Si nécessaire, la carte électronique peut être munie d'un blindage de la partie RE.
Il est évident pour l'homme de l'art que d'autres types de port de connexion, permettant de se connecter à un appareil électronique, peuvent être utilisés, telle que, par exemple, les formats utilisés pour les cartes mémoires (Compact Flash, SD, XD...)
Il est possible de réaliser cette carte électronique de telle sorte qu'elle présente une longueur comprise entre 70-80 mm et une largeur comprise entre 15-25 mm de manière à pouvoir l'insérer facilement dans le bras 1 formant boîtier, comme représenté sur la figure 2.
Il est évident que la carte électronique décrite ci-dessus ne constitue qu'un exemple de carte électronique pouvant être utilisée dans le cas de la présente invention. Selon des variantes de réalisation, cette carte peut aussi s'intégrer dans une clé USB de type classique utilisée pour le transport de données personnelles, de photos ou de musiques.

Claims

Antenne dipôle large bande comportant
un premier (1,10) et un second (2,20) bras conducteur, alimentés en différentiel,
une carte électronique (100),
le premier bras (1) ayant la forme d'un boîtier (10) dans lequel vient s'insérer la carte électronique,
le premier (1) et le second bras (2) étant montés en rotation l'un par rapport à l'autre, au niveau d'une zone d'articulation (3) située à une des extrémités de chacun des bras et comportant un élément de connexion,
caractérisé en ce que
chacun des premier et second bras (1, 21) a une forme générale rectangulaire avec un profil incurvé (1a) au niveau de la zone d'articulation de sorte que l'antenne fonctionne en large bande.
Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier bras comporte une face supérieure (1c) et deux faces latérales.
Antenne selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le premier (1,10) et le second bras (2, 20) présentent chacun une longueur égale à λ/4 à la fréquence centrale de fonctionnement de l'antenne.
Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les premier (1,10) et second bras (2, 20) ont des profils complémentaires permettant de les replier l'un dans l'autre.
Antenne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la carte électronique (100) comporte à une extrémité un port de connexion pour l'alimentation de l'antenne et à l'autre extrémité un port de connexion configuré pour être connecté à un appareil électronique.
Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que le port de connexion configuré pour être connecté à un appareil électronique est un port de connexion USB (105).