EP3641058A1 - Antenne multibandes commutée et dispositif radiofréquence comprenant une telle antenne - Google Patents

Antenne multibandes commutée et dispositif radiofréquence comprenant une telle antenne Download PDF

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EP3641058A1
EP3641058A1 EP19203054.2A EP19203054A EP3641058A1 EP 3641058 A1 EP3641058 A1 EP 3641058A1 EP 19203054 A EP19203054 A EP 19203054A EP 3641058 A1 EP3641058 A1 EP 3641058A1
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EP
European Patent Office
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antenna
switching means
frequency
radiofrequency
strands
Prior art date
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Application number
EP19203054.2A
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German (de)
English (en)
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EP3641058B1 (fr
Inventor
Serge Robin
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Somfy Activites SA
Original Assignee
Somfy Activites SA
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Publication date
Application filed by Somfy Activites SA filed Critical Somfy Activites SA
Publication of EP3641058A1 publication Critical patent/EP3641058A1/fr
Application granted granted Critical
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Classifications

    • 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
    • H01Q5/321—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 within a radiating element or between connected radiating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/06—Details
    • H01Q9/14—Length of element or elements adjustable

Definitions

  • the present invention relates to the field of radiofrequency antenna devices.
  • the present invention relates more particularly to a multiband switched radiofrequency antenna and an associated radiofrequency device.
  • the invention can find its application, for example, the field of home automation and / or building automation for buildings for residential, commercial or industrial use and / or the field of connected objects. It can also find use in the field of connected objects also called the Internet of Things (or IOT for Internet Of Things according to English terminology).
  • IOT Internet Of Things
  • a first solution consists in installing in the electronic equipment a dedicated radio frequency antenna for each frequency used by said electronic equipment. This solution thus provides antennas with optimized performance for each frequency of use.
  • the space occupied by the different antennas is significant, because of the number of antennas and the size of each antenna.
  • This solution also requires designing as many antennas as operating frequencies of the electronic equipment, which has the consequence of increasing the design cost of the electronic equipment.
  • Another solution is to use a multiband antenna configured to cover the different frequency bands used by the electrical equipment.
  • This solution makes it possible to reduce the space occupied by the antenna device.
  • the performance of this type of antenna is never optimal for each working frequency.
  • a compromise is generally made so that the antenna can cover the different frequencies or frequency bands. This compromise is generally made at the expense of the performance and consumption of the antenna.
  • the multiband antenna therefore has average performance at different working frequencies.
  • This type of antenna is generally not acceptable in the context of autonomous equipment for which maximum transmission and / or reception powers are generally sought for minimum energy consumption.
  • the configuration of the antenna does not allow the same radiofrequency access to the antenna to be shared.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of such a radiofrequency antenna 1 known from the prior art.
  • the antenna 1 comprises an antenna body 2 and a switching means 13.
  • the antenna 1 is configured to radiate and / or pick up radio frequency signals on a first and a second operating frequency.
  • the antenna body 2 is formed of a first 11 and a second antenna strand 12.
  • the switching means 13 is arranged between the first 11 and the second antenna strand 12.
  • the switching means 13 is configured to electrically separate the two antenna strands 11, 12 in a first operating mode called "open” and to electrically connect the two antenna strands 11, 12 in a second operating mode called "closed”.
  • the first antenna strand has a length adapted to a first frequency of use of the antenna 1.
  • the antenna 1 when the switching device is in its first operating mode (open position), the antenna 1 is adapted to radiate or receive a radiofrequency signal at the first frequency.
  • the second antenna strand 12 In the first operating mode, the second antenna strand 12 is left floating, that is to say in open circuit at each of its ends.
  • the length of the antenna body formed by the two antenna strands has a length adapted to a second frequency.
  • the antenna 1 when the switching device is in its second operating mode (closed position), the antenna 1 is capable of radiating or picking up a radiofrequency signal according to the first operating frequency of the antenna 1.
  • the antenna also includes a terminal radiofrequency access 15 configured to be electrically connected to a radiofrequency module (not shown).
  • this scenario can occur when an antenna is configured to cover a first frequency band centered around 900 MHz and a second frequency band centered around 1.8 GHz. If the value of the second frequency is equal to twice the value of the first frequency, when the switching device 13 of the antenna 1 is open, the body of the antenna is divided into two antenna strands of equal length . The problem is that the second antenna strand 12, left floating, absorbs part of the radiation from the first antenna strand, which is then lost for transmission.
  • a second problem comes from the fact that the second antenna strand 12 is also tuned to the harmonic of rank two of the first operating frequency.
  • the radio frequency module associated with the antenna 1 transmits a radio frequency signal according to the second frequency.
  • the switching means 13 is in its so-called open operating mode.
  • the radio frequency access terminal 15 of the antenna 1 is therefore connected to the radio frequency module and the other end of the first antenna strand 11 is in open circuit.
  • the second antenna strand 12 is left floating, that is to say the two ends of the second antenna strand 12 have an open circuit.
  • the radio frequency module When the transmitter of the radio frequency module transmits a radio frequency signal at the second frequency, the radio frequency signal is transmitted to antenna 1 via the radio frequency access terminal 15. In addition to the radio frequency signals at the second frequency, the transmitter also generates harmonics of the second frequency which are considered as spurious signals.
  • the radiofrequency module generally comprises at least one filtering circuit arranged to prevent the transmission of harmonics to the radiofrequency antenna and therefore their radiation. However, part of the harmonics is radiated outside the radio frequency module.
  • the second antenna strand 12 is also tuned to the harmonic of rank two of the operating frequency.
  • the second antenna strand is also tuned to all higher octaves. The harmonics of the first frequency radiated by the transmitter and unfiltered are thus radiated by the second antenna strand 12 left floating and disturb the environment.
  • This phenomenon is encountered in particular with autonomous radio frequency devices, for example powered by batteries, the transmitter of which is dimensioned to have a minimum consumption and to radiate a maximum of power.
  • the transmitter therefore has a high efficiency and therefore generates a lot of harmonics.
  • An object of the invention is in particular to correct all or part of the aforementioned drawbacks by proposing a multiband antenna having optimal performance at each of the frequencies or each of the operating frequency bands, including for frequency bands double one of the other.
  • the subject of the invention is a switched multiband antenna comprising an antenna body defining at least two antenna strands, as well as at least a first switching means disposed between the first and second antenna strands , the first switching means being configured to separate the two antenna strands in a first operating mode and to electrically connect the two antenna strands in a second operating mode, the antenna being configured to radiate and / or receive radio frequency signals on at least a first and a second operating frequency, the ratio of the value of the second operating frequency to the value of the first operating frequency being substantially equal to an integer power of two.
  • the antenna comprises at least a second switching means, while the first and second switching means are configured to be actuated simultaneously and in a similar manner.
  • the second switching means is arranged on the second antenna strand and configured to separate the second antenna strand into two antenna sub-strands in a first operating mode and to electrically connect the two antenna sub-strands in a second mode of operation.
  • the length of the first antenna sub-strand is different from a fraction of an integer power of two of the wavelength associated with the first operating frequency.
  • the antenna is tuned to the first operating frequency, when the first and second switching means are in the first operating mode, and tuned to the second operating frequency, when the first and second switching means are in the second operating mode Operating.
  • the switched multiband radiofrequency antenna operates in an optimized manner at different frequencies.
  • the invention relates to a multiband radiofrequency device comprising a radiofrequency module and a multiband radiofrequency antenna as described above, the antenna being electrically connected to the radiofrequency module and the radiofrequency module being configured to transmit and / or receive signals radio frequencies according to at least a first and a second frequency, the ratio of the value of the second operating frequency to the value of the first operating frequency being substantially equal to an integer power of two.
  • the radiofrequency device further comprises a control module configured to control the first and second switching means simultaneously and in a similar manner.
  • An object of the invention is a multiband switched radiofrequency antenna configured to radiate and / or receive radiofrequency signals on at least a first and a second frequency.
  • frequency denotes both an operating frequency of the antenna and the center frequency of the frequency band on which the antenna operates.
  • An antenna is said to be tuned to a predetermined operating frequency when the length of the antenna is equal to the wavelength associated with the predetermined frequency divided by an integer power of two.
  • the length of the antenna is substantially equal to a quarter of the wavelength associated with the operating frequency of the antenna.
  • the figure 2 shows a first embodiment of a switched 101 radiofrequency, multifrequency or multiband antenna 101.
  • the switched antenna 101 is configured to radiate and / or receive radio frequency signals on at least a first and a second operating frequency.
  • the value of the second operating frequency is substantially equal to twice the value of the first operating frequency.
  • the first frequency is, for example, equal to 433 MHz or 2.45 GHz and the second frequency respectively equal to 868 MHz or 5 GHz.
  • the ratio of the value of the second frequency to that of the first operating frequency is substantially equal to an integer power of two, other than two.
  • the switched multiband radiofrequency antenna 101 comprises an antenna body 102 and at least a first switching device 113 and a second switching device 114.
  • the antenna body 102 comprises at least first and second strands 111, 112 d 'antenna.
  • the antenna 1 comprises a single radio frequency access terminal 115.
  • the radio frequency access terminal 115 is configured to be electrically connected to a radio frequency module.
  • the radiofrequency access point 115 is configured to transmit the radiofrequency signals to be radiated and the radiofrequency signals received by the antenna 1.
  • the first switching means 113 is disposed between the first antenna strand 111 and the second antenna strand 112.
  • the first switching means is configured to electrically separate the two antenna strands in a first operating mode called "open” "and to electrically connect the two antenna strands in a second operating mode called” closed ".
  • a second switching means 114 is arranged on the second antenna strand 112.
  • the second switching means 114 is configured to electrically separate the second antenna strand into two antenna sub-strands 1121 and 1122 in a first operating mode called "open” and to electrically connect the two antenna sub-strands in a second operating mode called "closed”.
  • the first and second switching means 113 and 114 are configured to be actuated simultaneously and in a similar manner.
  • the two switching means are actuated in a “closed” or “open” mode simultaneously and are always together in the “closed” mode or in the “open” mode.
  • the length of the antenna is dimensioned so that the antenna 1 is tuned to the first operating frequency when the first and second switching means 113 and 114 are both in the closed operating mode.
  • the length of the first antenna strand 111 is dimensioned so that the antenna 101 is tuned to the second operating frequency when the first and second switching means 113 and 114 are both in the open operating mode.
  • the second switching means 114 is arranged, between the first and second antenna sub-strands 1121 and 1122, at a location other than the center of the second antenna strand 112. According to a particular embodiment, the length of the first antenna sub-strand 1121 is substantially equal to a third of the length of the second antenna strand 1122.
  • the length of the first antenna sub-strand 1121 is dimensioned so that it is not equal to a fraction of an integer power of two of the wavelength associated with the first frequency Operating.
  • the fact of separating the second antenna strand 112 into two antenna sub-strands 1121 and 1122, so that the length of the first sub-strand 121 is not equal to a fraction of a whole power two of the wavelength associated with the first frequency, makes it possible to avoid that one of the two sub-strands 1121, 1122 is not tuned to an octave of the first frequency. So it avoids radiation harmonics of the first frequency.
  • This type of cutting of the second antenna strand 112 also makes it possible to avoid that part of the radiation of the first antenna strand 111 comes to couple on the second antenna strand 112.
  • the switched antenna 101 comprises as many switching means 113 or 114 as there are operating frequencies.
  • the first and second switching means 113 and 114 are mechanical devices. It may be, for example, for each of them, a jumper, a breakable means, a fuse or any other mechanical device making it possible to separate, respectively connect, electrically two strands or two sub- antenna strands between them and / or an antenna strand with an antenna sub-strand.
  • the first and second switching means 113 and 114 are electronic switching devices.
  • an electronic switching device can be a diode such as a diode, PIN (for " Positive Intrinsic Negative diode “ according to English terminology), a transistor, an electromechanical microsystem (or MEMS for " Micro Electro Mechanical System “ according to English terminology) or any other equivalent switching device.
  • the first and second switching means 113 and 114 are controlled simultaneously and in a similar manner by at least one control module comprising one or more microprocessors, processors or any other equivalent means programmed in a timely manner.
  • control module comprising one or more microprocessors, processors or any other equivalent means programmed in a timely manner.
  • analogously controlled is meant that, when they are actuated to switch from one operating mode to the other, the two switching means pass from the open operating mode to the closed operating mode, or vice versa, so they are always in the same operating mode.
  • control module comprises a memory area, for example, arranged to record a computer program comprising instructions for controlling electronic switching means 113 and 114.
  • the multiband antenna 101 can be of any shape. It may be, for example, a straight antenna, as shown in the figure 3 , a bent antenna, a meandering antenna, a spiral antenna as shown in the figure 2 or any other type of antenna.
  • the antenna is a wire antenna or a printed antenna.
  • the antenna 1 is a planar antenna.
  • the antenna is printed on a printed circuit board. At least one face of the printed circuit board can be entirely or partially metallized, in order to form a ground plane.
  • Another object of the invention is a multifrequency or multiband radiofrequency device, as shown in the figure 3 .
  • the radiofrequency device 30 comprises a switched radiofrequency antenna 101, in accordance with a second embodiment of the invention and a radiofrequency module 20.
  • the antenna 101 of the second embodiment is similar to that of the first embodiment and includes the same parts 102 to 114, except that it is rectilinear.
  • the radiofrequency antenna 101 is electrically connected to the radiofrequency module 20 via its unique radiofrequency access terminal 115.
  • the radio frequency module is configured to transmit and / or receive radio frequency messages according to at least a first and a second frequency.
  • the ratio of the value of the second operating frequency to the value of the first operating frequency is substantially equal to an integer power of two.
  • the radiofrequency module 2 comprises various elements known to those skilled in the art, in order to transmit and / or receive radiofrequency signals on a radiofrequency output, respectively an input, of the radiofrequency module. It can be a transmitter and / or a receiver, filter circuits, a high frequency amplifier-demodulator circuit, one or more microcontrollers or processors and / or any other equivalent means programmed in a timely manner.
  • the radiofrequency device 30 comprises at least one control module 31 configured to control at least two switching means 113 and 114 of the antenna 101 simultaneously.
  • the antenna 101 of the first embodiment of the figure 2 can be used within the radio frequency device of the figure 3 .

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Cette antenne (101) radiofréquence multibandes commutée est configurée pour rayonner et/ou capter des signaux radiofréquences sur au moins une première et une deuxième fréquence de fonctionnement, dont le rapport est sensiblement égal à une puissance entière de deux. Le corps d'antenne (102) comprend au moins un premier et un deuxième brin (111, 112) d'antenne. L'antenne comprend au moins un premier et un deuxième moyens de commutation (113, 114) respectivement disposés entre les premier et deuxième brins (111, 112) et entre deux sous-brins (1121, 1122) du deuxième brin (112). Les premier et deuxième moyens de commutation (113, 114) sont configurés pour être actionnés de façon simultanée et de façon analogue. La longueur du premier sous-brin (1121) d'antenne est différente d'une fraction d'une puissance entière de deux de la longueur d'onde associée à la première fréquence de fonctionnement. L'antenne (101) est accordée sur la première fréquence de fonctionnement, lorsque les premier et deuxième moyens de commutation (113, 114) sont dans le premier mode de fonctionnement, et accordée sur la deuxième fréquence, lorsque les premier et deuxième moyens de commutation (113, 114) sont dans le deuxième mode de fonctionnement.

Description

  • La présente invention concerne le domaine des dispositifs antennaires radiofréquences. La présente invention concerne plus particulièrement une antenne radiofréquence commutée multibandes et un dispositif radiofréquence associé.
  • L'invention peut trouver son application, par exemple, le domaine de la domotique et/ou de l'immotique pour bâtiment à usage résidentiel, commercial ou industriel et/ou le domaine des objets connectés. Elle peut également trouver une utilisation dans le domaine des objets connectés également appelé internet des objets (ou IOT pour Internet Of Things selon la terminologie anglo saxonne).
  • Il existe aujourd'hui une pluralité de protocoles de communication dans le domaine domotique et/ou dans le domaine des objets connectés. Il existe également un grand nombre de fréquences ou bandes de fréquences utilisables dans ces domaines techniques. La multiplication des bandes de fréquences utilisables et le besoin d'interopérabilité conduisent à réaliser des équipements électroniques capables de communiquer suivant différentes fréquences et/ou selon différents protocoles de communication. Cela conduit à concevoir des architectures d'antennes qui puissent fonctionner efficacement sur différentes bandes de fréquences.
  • Une première solution consiste à implanter dans l'équipement électronique une antenne radiofréquence dédiée pour chaque fréquence utilisée par ledit équipement électronique. Cette solution permet ainsi de disposer d'antennes aux performances optimisées pour chaque fréquence d'utilisation.
  • Cependant l'espace occupé par les différentes antennes est important, du fait du nombre d'antennes et de la taille de chaque antenne. De plus, afin d'éviter tous problèmes d'interférences entre chaque antenne et entre chaque antenne et les circuits électroniques il est nécessaire de prévoir un certain espace entre les antennes et/ou les circuits électroniques. Cela contribue à augmenter la taille de la carte de circuit imprimé sur laquelle est implanté le circuit électronique de l'équipement électronique. Cela est dommageable lorsque l'on souhaite réaliser des équipements électroniques de taille réduite. Cette solution oblige également à concevoir autant d'antennes que de fréquences de fonctionnement de l'équipement électronique, ce qui a pour conséquence d'augmenter le coût de conception de l'équipement électronique.
  • Une autre solution consiste à utiliser une antenne multibandes configurée pour couvrir les différentes bandes de fréquences utilisées par l'équipement électrique. Cette solution permet des réduire la place occupée par le dispositif antennaire. Cependant la performance de ce type d'antenne n'est jamais optimale pour chaque fréquence de travail. En effet, un compromis est généralement effectué afin que l'antenne puisse couvrir les différentes fréquences ou bandes de fréquences. Ce compromis est généralement fait au détriment de la performance et de la consommation de l'antenne. L'antenne multibandes possède donc des performances moyennes aux différentes fréquences de travail. Ce type d'antenne n'est généralement pas acceptable dans le cadre d'équipements autonomes pour lesquels on recherche généralement des puissances d'émission et/ou de réception maximales pour une consommation d'énergie minimale. De plus, dans certains modes de réalisation la configuration de l'antenne ne permet pas de mutualiser le même accès radiofréquence de l'antenne.
  • Il est également connu une antenne bibandes commutée permettant d'émettre et/ou recevoir suivant deux fréquences différentes. La figure 1 représente un exemple de mode de réalisation d'une telle antenne 1 radiofréquence connue de l'art antérieur.
  • L'antenne 1 comprend un corps d'antenne 2 et un moyen de commutation 13. L'antenne 1 est configurée pour rayonner et/ou capter des signaux radiofréquences sur une première et une deuxième fréquences de fonctionnement. Le corps d'antenne 2 est formé d'un premier 11 et un deuxième brin 12 d'antenne. Le moyen de commutation 13 est disposé entre le premier 11 et le deuxième brin 12 d'antenne. Le moyen de commutation 13 est configuré pour séparer électriquement les deux brins 11, 12 d'antenne dans un premier mode de fonctionnement dit "ouvert" et pour connecter électriquement les deux brins 11, 12 d'antenne dans un deuxième mode de fonctionnement dit "fermé". Le premier brin d'antenne a une longueur adaptée à une première fréquence d'utilisation de l'antenne 1. Ainsi, lorsque le dispositif de commutation est dans son premier mode de fonctionnement (position ouverte), l'antenne 1 est adaptée pour rayonner ou capter un signal radiofréquence à la première fréquence. Dans le premier mode de fonctionnement, le deuxième brin 12 d'antenne est laissé flottant c'est-à-dire en circuit ouvert à chacune de ses extrémités. Lorsque le dispositif de commutation 13 est dans son deuxième mode de fonctionnement, la longueur du corps d'antenne formé par les deux brins d'antenne a une longueur adaptée à une deuxième fréquence. Ainsi lorsque le dispositif de commutation est dans son deuxième mode de fonctionnement (position fermée), l'antenne 1 est apte à rayonner ou capter un signal radiofréquence selon la première fréquence de fonctionnement de l'antenne 1. L'antenne comprend également une borne accès radiofréquence 15 configurée pour être connectée électriquement à un module radiofréquence (non représenté).
  • Un problème se pose lorsqu'un rapport égal à une puissance entière de deux existe entre la valeur des première et deuxième fréquences de fonctionnement. A titre d'exemple, ce cas de figure peut se produire lorsqu'une antenne est configurée pour couvrir une première bande de fréquences centrées autour de 900 MHz et une deuxième bande de fréquences centrées autour de 1,8 GHz. Si la valeur de la deuxième fréquence est égale au double de la valeur de la première fréquence, lorsque le dispositif de commutation 13 de l'antenne 1 est ouvert, le corps de l'antenne est divisé en deux brins d'antenne de longueur égale. Le problème est que le deuxième brin 12 d'antenne, laissé flottant, absorbe une partie du rayonnement du premier brin d'antenne, qui est alors perdu pour la transmission.
  • Un deuxième problème vient du fait que le deuxième brin d'antenne 12 est également accordé sur l'harmonique de rang deux de la première fréquence de fonctionnement.
  • On suppose que le module radiofréquence associé à l'antenne 1 émet un signal radiofréquence selon la deuxième fréquence. A cet effet, le moyen de commutation 13 est dans son mode de fonctionnement dit ouvert. La borne d'accès radiofréquence 15 de l'antenne 1 est donc connectée au module radiofréquence et l'autre extrémité du premier brin d'antenne 11 est en circuit ouvert. Le deuxième brin 12 d'antenne est laissé flottant, c'est-à-dire les deux extrémités du deuxième brin 12 d'antenne présentent un circuit ouvert.
  • Lorsque l'émetteur du module radiofréquence émet un signal radiofréquence à la deuxième fréquence, le signal radiofréquence est transmis à l'antenne 1 via la borne d'accès radiofréquence 15. En plus des signaux radiofréquences à la deuxième fréquence, l'émetteur génère également des harmoniques de la deuxième fréquence qui sont considérés comme des signaux parasites. Le module radiofréquence comprend généralement au moins un circuit de filtrage agencé pour empêcher la transmission des harmoniques à l'antenne radiofréquence et donc leur rayonnement. Cependant une partie des harmoniques est rayonnée à l'extérieur du module radiofréquence. Comme énoncé précédemment, du fait de l'existence d'un rapport deux entre la valeur des première et deuxième fréquences de fonctionnement, le deuxième brin 12 d'antenne est également accordé sur l'harmonique de rang deux de la fréquence de fonctionnement. Le deuxième brin d'antenne est également accordé sur toutes les octaves supérieures. Les harmoniques de la première fréquence rayonnées par l'émetteur et non filtrées sont ainsi rayonnées par le deuxième brin 12 d'antenne laissé flottant et viennent perturber l'environnement.
  • Ce phénomène se rencontre notamment avec les dispositifs radiofréquences autonomes, par exemple alimentés par piles, dont l'émetteur est dimensionné pour avoir une consommation minimale et pour rayonner un maximum de puissance. L'émetteur possède donc un fort rendement et génère donc beaucoup d'harmoniques.
  • Un but de l'invention est notamment de corriger tout ou partie des inconvénients précités en proposant une antenne multibandes présentant des performances optimales à chacune des fréquences ou chacune des bandes de fréquences de fonctionnement, y compris pour des bandes de fréquences double l'une de l'autre.
  • A cet effet, l'invention a pour objet une antenne multibandes commutée comprenant un corps d'antenne définissant au moins deux brins d'antenne, ainsi qu'au moins un premier moyen de commutation disposé entre les premier et le deuxième brins d'antenne, le premier moyen de commutation étant configuré pour séparer les deux brins d'antenne dans un premier mode de fonctionnement et pour connecter électriquement les deux brins d'antennes dans un deuxième mode de fonctionnement, l'antenne étant configurée pour rayonner et/ou capter des signaux radiofréquences sur au moins une première et une deuxième fréquences de fonctionnement, le rapport de la valeur de la deuxième fréquence de fonctionnement sur la valeur de la première fréquence de fonctionnement étant sensiblement égal à une puissance entière de deux. Conformément à l'invention, l'antenne comprend au moins un deuxième moyen de commutation, alors que les premier et deuxième moyens de commutation sont configurés pour être actionnés de façon simultanée et de façon analogue. Le deuxième moyen de commutation est disposé sur le deuxième brin d'antenne et configuré pour séparer le deuxième brin d'antenne en deux sous-brins d'antenne dans un premier mode de fonctionnement et pour connecter électriquement les deux sous-brins d'antennes dans un deuxième mode de fonctionnement. La longueur du premier sous-brin d'antenne est différente d'une fraction d'une puissance entière de deux de la longueur d'onde associée à la première fréquence de fonctionnement. L'antenne est accordée sur la première fréquence de fonctionnement, lorsque les premier et deuxième moyens de commutation sont dans le premier mode de fonctionnement, et accordée sur la deuxième fréquence de fonctionnement, lorsque les premier et deuxième moyens de commutation sont dans le deuxième mode de fonctionnement.
  • Grâce à l'invention, l'antenne radiofréquence multibandes commutée fonctionne de façon optimisée à différentes fréquences.
  • De façon avantageuse, une telle antenne peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises selon toute combinaison techniquement admissible :
    • L'antenne comprend autant de moyens de commutation que de fréquences de fonctionnement.
    • L'antenne comprend une borne d'accès radiofréquence unique configurée pour faire transiter des signaux radiofréquences à rayonner par l'antenne et/ou des signaux radiofréquences reçus par l'antenne.
    • Dans l'antenne, au moins un moyen de commutation est un moyen mécanique.
    • Dans l'antenne, au moins un moyen de commutation est un moyen électronique.
    • L'antenne est une antenne de type planaire.
    • L'antenne est une antenne imprimée.
    • Le deuxième moyen de commutation est disposé, entre un premier et deuxième brins d'antenne, dans un emplacement autre que le centre du deuxième brin d'antenne.
  • Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif radiofréquence multibandes comprenant un module radiofréquence et une antenne radiofréquence multibandes telle que décrite précédemment, l'antenne étant connectée électriquement au module radiofréquence et le module radiofréquence étant configuré pour émettre et/ou recevoir des signaux radiofréquences selon au moins une première et une deuxième fréquences, le rapport de la valeur de la deuxième fréquence de fonctionnement sur la valeur de la première fréquence de fonctionnement étant sensiblement égale à une puissance entière de deux.
  • Avantageusement, le dispositif radiofréquence comprend, en outre, un module de commande configuré pour commander les premier et deuxième moyens de commutation de façon simultanée et de façon analogue.
  • D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre illustratif et non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • La figure 1, précédemment décrite, représente un exemple de mode de réalisation d'une antenne bibandes connue de l'art antérieur ;
    • La figure 2 représente un exemple de mode de réalisation d'une antenne multibandes commutée selon l'invention ;
    • La figure 3 représente un exemple de mode de réalisation d'un équipement radiofréquence selon l'invention.
  • Un objet de l'invention est une antenne radiofréquence commutée multibandes configurée pour rayonner et/ou capter des signaux radiofréquences sur au moins une première et une deuxième fréquences.
  • Dans la suite de cette description, les différentes fréquences d'utilisation de l'antenne, en émission ou en réception, sont appelées fréquences de fonctionnement.
  • De même, le terme "fréquence" désigne aussi bien une fréquence de fonctionnement de l'antenne que la fréquence centrale de la bande de fréquence sur laquelle l'antenne fonctionne.
  • Une antenne est dite accordée sur une fréquence de fonctionnement prédéterminée lorsque la longueur de l'antenne est égale à la longueur d'onde associée à la fréquence prédéterminée divisée par une puissance entière de deux. Suivant un mode de réalisation, la longueur de l'antenne est sensiblement égale au quart de la longueur d'onde associée à la fréquence de fonctionnement de l'antenne.
  • Pour plus de clarté, l'invention est décrite ci-après à travers des exemples d'antennes bifréquences ou bibandes. Bien entendu ces exemples ne sont nullement limitatifs et peuvent être généralisés à des configurations dans lesquelles l'antenne est accordée à un nombre de fréquence strictement supérieur à deux.
  • La figure 2 représente un premier mode de réalisation d'une antenne 101 radiofréquence, multifréquences ou multibandes, commutée. L'antenne commutée 101 est configurée pour rayonner et/ou capter des signaux radiofréquences sur au moins une première et une deuxième fréquences de fonctionnement.
  • Suivant un mode de réalisation, la valeur de la deuxième fréquence de fonctionnement est sensiblement égale au double de la valeur de la première fréquence de fonctionnement. La première fréquence est, par exemple, égale à 433 MHz ou 2,45 GHz et la deuxième fréquence respectivement égale à 868 MHz ou 5 GHz.
  • Suivant un autre mode de réalisation, le rapport de la valeur de la deuxième fréquence sur celle de la première fréquence de fonctionnement est sensiblement égale à une puissance entière de deux, autre que deux.
  • L'antenne radiofréquence multibandes commutée 101 comprend un corps d'antenne 102 et au moins un premier dispositif de commutation 113 et un deuxième dispositif de commutation 114. Le corps d'antenne 102 comprend au moins un premier et un deuxième brins 111, 112 d'antenne.
  • L'antenne 1 comprend une borne accès radiofréquence 115 unique. La borne d'accès radiofréquence 115 est configurée pour être connectée électriquement à un module radiofréquence. La borne d'accès radiofréquence 115 est configurée pour faire transiter les signaux radiofréquences à rayonner et les signaux radiofréquences reçus par l'antenne 1.
  • Le premier moyen de commutation 113 est disposé entre le premier brin d'antenne 111 et le deuxième brin d'antenne 112. Le premier moyen de commutation est configuré pour séparer électriquement les deux brins d'antenne dans un premier mode de fonctionnement dit "ouvert" et pour connecter électriquement les deux brins d'antenne dans un deuxième mode de fonctionnement dit "fermé".
  • Un deuxième moyen de commutation 114 est disposé sur le deuxième brin 112 d'antenne. Le deuxième moyen de commutation 114 est configuré pour séparer électriquement le deuxième brin d'antenne en deux sous-brins d'antenne 1121 et 1122 dans un premier mode de fonctionnement dit « ouvert » et pour connecter électriquement les deux sous-brins d'antennes dans un deuxième mode de fonctionnement dit « fermé ».
  • Les premier et deuxième moyens de commutation 113 et 114 sont configurés pour être actionnés de façon simultanée et de façon analogue. Ainsi, les deux moyens de commutation sont actionnés dans un mode « fermé » ou « ouvert » de façon simultanée et se trouvent toujours ensemble dans le mode « fermé » ou dans le mode « ouvert ».
  • La longueur de l'antenne est dimensionnée de sorte que l'antenne 1 soit accordée sur la première fréquence de fonctionnement lorsque les premier et deuxième moyens de commutation 113 et 114 sont tous les deux dans le mode de fonctionnement fermé.
  • La longueur du premier brin 111 d'antenne est dimensionnée de sorte que l'antenne 101 soit accordée sur la deuxième fréquence de fonctionnement lorsque les premier et deuxième moyens de commutation 113 et 114 sont tous les deux dans le mode de fonctionnement ouvert.
  • Le deuxième moyen de commutation 114 est disposé, entre les premier et deuxième sous-brins d'antenne 1121 et 1122, en un emplacement autre que le centre du deuxième brin d'antenne 112. Suivant un mode de réalisation particulier, la longueur du premier sous-brin d'antenne 1121 est sensiblement égale au tiers de la longueur du deuxième brin d'antenne 1122.
  • Suivant un mode de réalisation général, la longueur du premier sous-brin d'antenne 1121 est dimensionnée de sorte qu'elle ne soit pas égale à une fraction d'une puissance entière de deux de la longueur d'onde associée à la première fréquence de fonctionnement.
  • De façon avantageuse, le fait de séparer le deuxième brin d'antenne 112 en deux sous-brins d'antenne 1121 et 1122, de sorte que la longueur du premier sous-brin 121 ne soit pas égale à une fraction d'une puissance entière de deux de la longueur d'onde associée à la première fréquence, permet d'éviter qu'un des deux sous-brins 1121, 1122 ne soit accordé sur une octave de la première fréquence. Ainsi cela évite le rayonnement d'harmoniques de la première fréquence. Ce type de découpage du deuxième brin 112 d'antenne permet également d'éviter qu'une partie du rayonnement du premier brin d'antenne 111 vienne se coupler sur le deuxième brin d'antenne 112.
  • L'antenne commutée 101 selon l'invention comprend autant de moyens de commutation 113 ou 114 que de fréquences de fonctionnement.
  • Suivant un mode de réalisation, le premier et le deuxième moyens de commutation 113 et 114 sont des dispositifs mécaniques. Il peut s'agir, par exemple, pour chacun d'entre eux, d'un cavalier, d'un moyen sécable, d'un fusible ou tout autre dispositif mécanique permettant de séparer, respectivement connecter, électriquement deux brins ou deux sous-brins d'antenne entre eux et/ou un brin d'antenne avec un sous-brin d'antenne.
  • Suivant une variante de réalisation, le premier et le deuxième moyens de commutation 113 et 114 sont des dispositifs de commutation électronique. Selon l'invention, un dispositif de commutation électronique peut être une diode comme une diode, PIN (pour « Positive Intrinsic Negative diode » selon la terminologie anglo saxonne), un transistor, un microsystème électromécanique (ou MEMS pour « Micro Electro Mechanical System » selon la terminologie anglo saxonne) ou tout autre dispositif de commutation équivalent.
  • Suivant un mode de réalisation, le premier et le deuxième moyens de commutation 113 et 114 sont commandés simultanément et de façon analogue par au moins un module de commande comprenant un ou plusieurs microprocesseurs, processeurs ou tous autres moyens équivalents programmés de façon opportune. Par « commandés de façon analogue », on entend que, lorsqu'ils sont actionnés pour passer d'un mode de fonctionnement à l'autre, les deux moyens de commutation passent du mode de fonctionnement ouvert au mode de fonctionnement fermé, ou réciproquement, de sorte qu'ils sont toujours tous les deux dans le même mode de fonctionnement.
  • Suivant un mode de réalisation, le module de commande comprend une zone mémoire, par exemple, agencée pour enregistrer un programme informatique comprenant des instructions de commande de moyens de commutation 113 et 114 électroniques.
  • L'antenne multibandes 101 selon l'invention peut être de forme quelconque. Il peut s'agir, par exemple, d'une antenne rectiligne, comme représenté sur la figure 3, d'une antenne coudée, d'une antenne à méandres, d'une antenne spirale comme représenté sur la figure 2 ou tout autre type d'antenne.
  • Suivant un mode de réalisation, l'antenne est une antenne filaire ou une antenne imprimée.
  • Suivant un mode de réalisation, l'antenne 1 est une antenne planaire.
  • Suivant un mode de réalisation, l'antenne est imprimée sur une carte de circuit imprimé. Au moins une face de la carte de circuit imprimé peut être entièrement ou partiellement métallisée, afin de former un plan de masse.
  • Un autre objet de l'invention est un dispositif radiofréquence multifréquences ou multibandes, tel que représenté sur la figure 3.
  • En référence à la figure 3, le dispositif radiofréquence 30 comprend une antenne 101 radiofréquence commutée, conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention et un module radiofréquence 20. L'antenne 101 du deuxième mode de réalisation est analogue à celle du premier mode de réalisation et comprend les mêmes parties 102 à 114, sauf qu'elle est rectiligne. L'antenne radiofréquence 101 est connectée électriquement au module radiofréquence 20 par l'intermédiaire de sa borne d'accès radiofréquence 115 unique.
  • Le module radiofréquence est configuré pour émettre et/ou recevoir des messages radiofréquences selon au moins une première et une deuxième fréquences. Le rapport de la valeur de la deuxième fréquence de fonctionnement sur la valeur de la première fréquence de fonctionnement est sensiblement égal à une puissance entière de deux. Le module radiofréquence 2 comprend différents éléments connus de l'homme du métier, afin d'émettre et/ou recevoir des signaux radiofréquences sur une sortie radiofréquence, respectivement une entrée, du module radiofréquence. Il peut s'agir d'un émetteur et/ou d'un récepteur, de circuits de filtrage, d'un circuit Haute Fréquence amplificateur-démodulateur, un ou plusieurs microcontrôleurs ou processeurs et/ou tous autres moyens équivalents programmés de façon opportune.
  • Suivant un mode de réalisation, le dispositif radiofréquence 30 comprend au moins un module de commande 31 configuré pour commander au moins deux moyens de commutation 113 et 114 de l'antenne 101 de façon simultanée.
  • L'antenne 101 du premier mode de réalisation de la figure 2 peut être utilisée au sein du dispositif radiofréquence de la figure 3.
  • Les différents modes de mise en œuvre, différents modes de réalisation et variantes définis ci-dessus peuvent être combinés afin de générer de nouveaux modes de mise en oeuvre et de nouveaux modes de réalisation de l'invention.

Claims (10)

  1. Antenne (101) radiofréquence multibandes commutée comprenant un corps d'antenne (102) définissant au moins deux brins d'antenne (111, 112), ainsi qu'au moins un premier moyen de commutation (113) disposé entre les premier et deuxième brins d'antenne, le premier moyen de commutation (113) étant configuré pour séparer les deux brins (111, 112) d'antenne dans un premier mode de fonctionnement et pour connecter électriquement les deux brins d'antennes dans un deuxième mode de fonctionnement, l'antenne (101) étant configurée pour rayonner et/ou capter des signaux radiofréquences sur au moins une première et une deuxième fréquences de fonctionnement, le rapport de la valeur de la deuxième fréquence de fonctionnement sur la valeur de la première fréquence de fonctionnement étant sensiblement égal à une puissance entière de deux, l'antenne étant caractérisée en ce que
    - l'antenne comprend au moins un deuxième moyen de commutation (114),
    - les premier et deuxième moyens de commutation (113, 114) sont configurés pour être actionnés de façon simultanée et de façon analogue,
    - le deuxième moyen de commutation (114) est disposé sur le deuxième brin (112) d'antenne,
    - le deuxième moyen de commutation (114) est configuré pour séparer le deuxième brin (112) d'antenne en deux sous-brins (1121, 1122) d'antenne dans un premier mode de fonctionnement et pour connecter électriquement les deux sous-brins d'antennes dans un deuxième mode de fonctionnement,
    - la longueur du premier sous-brin (1121) d'antenne est différente d'une fraction d'une puissance entière de deux de la longueur d'onde associée à la première fréquence de fonctionnement,
    - l'antenne (101) est accordée sur la première fréquence de fonctionnement lorsque les premier et deuxième moyens de commutation (113, 114) sont dans le premier mode de fonctionnement et
    - l'antenne est accordée sur la deuxième fréquence de fonctionnement lorsque les premier et deuxième moyens de commutation (113, 114) sont dans le deuxième mode de fonctionnement.
  2. Antenne (101) selon la revendication précédente comprenant autant de moyens de commutation (113, 114) que de fréquences de fonctionnement.
  3. Antenne (101) selon une des revendications précédentes comprenant une borne d'accès radiofréquence (115) unique, la borne d'accès radiofréquence (115) étant configurée pour faire transiter des signaux radiofréquences à rayonner par l'antenne (101) et/ou des signaux radiofréquences reçus par l'antenne (101).
  4. Antenne (101) selon une des revendications précédentes dans laquelle au moins un moyen de commutation (113, 114) est un moyen mécanique.
  5. Antenne (101) selon une des revendications 1 à 3 dans laquelle au moins un moyen de commutation (113, 114) est un moyen électronique.
  6. Antenne (101) selon une des revendications précédentes dans laquelle l'antenne est une antenne de type planaire.
  7. Antenne (101) selon la revendication précédente dans laquelle l'antenne est une antenne imprimée.
  8. Antenne selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le deuxième moyen de commutation (114) est disposé, entre un premier et deuxième brins d'antenne (1121, 1122), en un emplacement autre que le centre du deuxième brin d'antenne (112).
  9. Dispositif radiofréquence (30) multibandes comprenant un module radiofréquence (20) et une antenne (101) radiofréquence multibandes selon l'une des revendications précédentes, l'antenne (101) étant connectée électriquement au module radiofréquence et le module radiofréquence étant configuré pour émettre et/ou recevoir des signaux radiofréquences selon au moins une première et une deuxième fréquences, le rapport de la valeur de la deuxième fréquence de fonctionnement sur la valeur de la première fréquence de fonctionnement étant sensiblement égale à une puissance entière de deux.
  10. Dispositif radiofréquence selon la revendication 9 comprenant, en outre, un module de commande (31) configuré pour commander les premier et deuxième moyens de commutation (113, 114) de façon simultanée et de façon analogue.
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Title
SONGNAN YANG ET AL: "Frequency-reconfigurable antennas for multiradio wireless platforms", IEEE MICROWAVE MAGAZINE, IEEESERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 9, no. 1, 1 February 2009 (2009-02-01), pages 66 - 83, XP011241523, ISSN: 1527-3342 *

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