EP3968102A1 - Dispositif d'antenne - Google Patents

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EP3968102A1
EP3968102A1 EP20195194.4A EP20195194A EP3968102A1 EP 3968102 A1 EP3968102 A1 EP 3968102A1 EP 20195194 A EP20195194 A EP 20195194A EP 3968102 A1 EP3968102 A1 EP 3968102A1
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EP
European Patent Office
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antenna
timepiece according
timepiece
strands
antenna device
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EP20195194.4A
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German (de)
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EP3968102B1 (fr
Inventor
Thierry Scordilis
Zoran Randjelovic
Jean Gorisse
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Swatch Group Research and Development SA
Original Assignee
Swatch Group Research and Development SA
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Publication date
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Priority to JP2021105339A priority patent/JP7160999B2/ja
Priority to US17/376,363 priority patent/US11705621B2/en
Priority to CN202111042774.7A priority patent/CN114237026B/zh
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    • 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

Definitions

  • watches have incorporated means of communication in order to be able to connect to different communication networks, such as Bluetooth to connect to a mobile terminal, and geolocation, to connect to different satellite location systems such as GPS, Glonass or Galileo.
  • a watch incorporates one or more antennas.
  • An antenna of optimal length allows sending/receiving a signal in full and at full power.
  • an antenna In a watch, the available space being limited, an antenna must have a suitable design to fit into the middle of the watch.
  • the watch incorporates a means of radio communication that operates on radio frequencies (such as 2.4 GHz or 1.5 GHz), the size of the product becomes critical in relation to the wavelength (120 mm and 200 mm).
  • radio frequencies such as 2.4 GHz or 1.5 GHz
  • one of the aims of the invention is consequently to have an antenna device intended to be used in a communication system for a timepiece, such as a watch, which integrates at least two antenna circuits each having an optimum length to send/receive a signal in full and at full power and to be integrated into the middle of a watch, the reception volume of which is limited.
  • the invention relates to a timepiece comprising a case formed from a metal middle part in which are placed a metal dial and a remote communication system provided with a multi-band antenna device arranged above said dial, the communication system comprising a strap of said timepiece connected at its ends to said middle part and comprising a body formed from a plurality of attachment elements having different electrical conduction properties, the arrangement of said attachment elements in the body of the wristband being configured to achieve an enlargement of the radiation pattern of said antenna device.
  • top, bottom, upper, lower, and above are to be considered taking into account a horizontal median plane (P) parallel to the horizontal support plane of the case of the timepiece on a surface.
  • P horizontal median plane
  • the timepiece 4 comprises a case formed by a middle part 40 in which are arranged a metal dial and a remote communication system provided with a multi-band antenna device 1 visible on the figure 2 .
  • this timepiece 1 comprises a bracelet 49 provided with a body formed by a plurality of attachment elements 50, here links, having different electrical conduction properties and whose the arrangement in this body participates in the realization of the configuration of the widening of the radiation pattern of said antenna device 1.
  • the case of a timepiece 4 comprises a reception volume defined by a middle part 40, generally made of metallic material, forming its side wall around said central axis, made in a single part or in two parts with a bezel 41 upper, for example made of ceramic or titanium.
  • the reception volume of the timepiece 4 is closed at the top by means of a window 42, for example made of sapphire crystal, supported by the middle part 40 and fixed in a sealed manner thereto by a suitable method.
  • the timepiece also comprises a bottom wall (not visible), for example metal, located opposite its window 42 with respect to the median plane, advantageously isolated from the caseband by a seal, closing the volume of bottom reception.
  • the antenna device 1 comprises a substrate 10, advantageously made in the form of a flexible printed circuit (commonly called "flex").
  • the antenna device 1 has the particularity of comprising two separate antenna circuits, to enable the timepiece to be connected to two separate networks, more precisely a Bluetooth-type communication network and a localization network by GNSS (Geolocation and Navigation Satellite System) satellite, such as for example the GPS (Global Positioning System), Glonass or Galileo.
  • GNSS Global Positioning System
  • GPS Global Positioning System
  • Glonass Galileo.
  • An electrical connection 13 makes it possible to connect the proximal ends of the first, second and third strands 110, 11, 120.
  • This electrical connection 13 comprises a single connection point 130 on which is connected to said filter circuit 2.
  • a single connection point 130 will thus allow communication by selectively using the first and second antenna circuits 11 and 12.
  • the architecture with two strands in parallel of the first antenna circuit 11 makes it possible to widen the frequency band (100 MHz), necessary for example to communicate on a communication network of the Bluetooth type (2.4 GHz).
  • the antenna is powered on a current node and its length is folded, making it possible to improve the impedance matching.
  • the single connection point 130 for the two antenna circuits 11, 12 in parallel facilitates the mechanical integration of the antenna device into the reception volume of the timepiece 4 as well as independence of design. between the antenna part and the electronic part. In fact, it suffices to adjust the mechanical integration of the support plate of these antenna circuits in the construction, the pattern of the antenna circuits being subsequently produced by a standard engraving process which does not call into question said mechanical integration. .
  • the second antenna circuit 12 with two strands connected in series makes it possible to communicate on a narrower frequency band, for example at 1.5 GHz used to communicate on a satellite location network (GPS for example).
  • each antenna circuit 11, 12 essentially extends along an arcuate trajectory comprising two strands 110, 111, 120, 121 arranged in parallel on the substrate 10 which follow this trajectory.
  • each antenna circuit 11, 12 can be produced over an angular range of between 70 and 80° relative to the angle of the angular sector which defines the arc of a circle formed by this antenna circuit 11 , 12 and this, on either side of the central junction link. Their trajectory can follow this arc of a circle made along a radius between 16 and 22mm.
  • the two strands 110, 111, 120, 121 can be separated from each other by a distance of between 1 and 2 mm.
  • the substrate 10 is in the form of a first plate having a profile made in an arc of a circle, advantageously in a semicircle.
  • This configuration greatly helps to obtain circular polarization for satellite antennas in particular.
  • This configuration also helps for the implementation of the Bluetooth protocol, due to the propagation of the waves in closed places such as living rooms.
  • the two antenna circuits are printed on the same face of the plate, its upper face, and each extend on either side of a separation part carrying the electrical connection 13 joining the two antenna circuits 11 , 12.
  • This separation part is advantageously median, separating the substrate into two circular arcs of substantially equal or even equal or strictly equal dimensions.
  • the antenna device further comprises a connection part 100, in the form of an outgrowth of the plate.
  • connection part 100 of the substrate 10 is intended to be folded with respect to the first plate, around an axis perpendicular to the axis (X) and parallel to the plane (P).
  • connection part 100 comprises one or more conductive connections making it possible to connect the antenna circuits 11, 12 (at the level of the electrical connection 13) to an electronic control circuit 2 carrying the filter circuit 20 of the duplexer/rejector type.
  • the connection part 100 comprises electromagnetic shielding of these conductive connections to prevent any radiation to the outside and to make it possible to prevent the connection part 100 from influencing the impedance of the antenna circuits 11 and 12.
  • the shielding can be produced by an assembly of several superimposed layers: a lower layer of shielding, a layer of insulation, a layer incorporating the conductive connections, then a new layer of insulation and a new upper layer of shielding.
  • a control board carrying the electronic control circuit 2 (the control circuit 2 carrying for example one or more RF transmitter/receiver circuits and of known design) can be arranged in the bottom of the case of the timepiece 4 .
  • the antenna device 1 is connected to the control card, by the connection part 100 via the conductive connection(s).
  • the timepiece 4 can integrate a dial 43, advantageously made of metal, located above the bottom wall.
  • This dial may bear aesthetic indications visible through the glass of the timepiece. It advantageously has a disc shape.
  • the timepiece can incorporate a wedge 44 arranged on the dial.
  • This wedge 44 defines a horizontal support plane and is intended to support the substrate 10 carrying the antenna circuits.
  • This wedge can have a circular or semi-circular shape and defines a constant thickness determined above the dial.
  • the substrate 10 of the antenna device 1 is arranged to be positioned on the wedge 44, its first plate resting against the support plane formed by the wedge. Its connection part 100 is bent to position itself vertically, in a plane transverse to the mean plane (P).
  • a first wedging element 45 for example made of insulating foam, can be positioned between the substrate and the bezel surmounting the middle part.
  • a second element 46 for example made of insulating plastic, for example of semi-annular shape, comprises an upper part bearing against the upper face of the substrate 10, a vertical part extending downwards, as far as the dial and a lower part resting against the dial.
  • a touch screen 47 for example of the capacitive type, can be fixed under the glass 42, over a major part of the surface of the glass, separated from said second element 46 by air.
  • the timepiece comprises on either side of its middle part, two lugs 48 each arranged to fix a separate strand of the bracelet 49.
  • the antenna device is multi-band to operate at least two communication circuits, which have different characteristics in terms of frequencies, polarization, gain and impedance.
  • the electronic control circuit 2 may include a radiofrequency duplexer/rejector filter 20.
  • each antenna circuit 11, 12 For the gain and the polarization, it is the pattern of each antenna circuit 11, 12 which makes it possible to manage these parameters.
  • duplexer/rejector filter makes it possible to isolate the two communication circuits (Bluetooth and GPS for example).
  • a communication circuit of the Bluetooth type requires linear polarization whereas a communication circuit of the GPS type requires circular polarization.
  • the GPS system notably imposes a so-called left polarization.
  • the solution of the invention makes it possible to take account of the fact that the timepiece 4 comprises a middle part 40 made of metallic material.
  • the antenna device 1 is intended to be placed as high as possible in the case of the timepiece, that is to say as close as possible to the glass, while while remaining hidden from the eyes of the user.
  • the arrangement of the antenna device 1 in the case of the timepiece makes it possible to benefit from the caseband 40 in metal of the timepiece, through which the antenna device 1 can emit its radiation.
  • the bezel 41 which can be made of a ceramic-type material, makes it possible, so as not to damage the radiation, in particular laterally, by adding a material with a high dielectric, to enlarge the electrical length of the antenna. and thus improve its performance in relation to its physical size.
  • the antenna device 1 being placed above the dial 43 which is also metallic, there is a volume mostly filled with air (thus improving the performance of the antenna), above the antenna device.
  • This metallic dial 43 also acts as a screen, making any modification to the construction below this dial vis-à-vis the antenna device 1 transparent in part.
  • the bracelet 49 participates in carrying out the configuration of the widening of the radiation pattern of said antenna device 1.
  • the radiation takes place via the middle part 40 and this bracelet 49 plays a significant role in terms of radiation.
  • It can in fact be made partially with several links 50 of metallic material to widen the radiation pattern in the directions which would be attenuated by the wearer's wrist.
  • electrical looping between the top and bottom of the caseband (lug to lug) via the metal bracelet 49 can be avoided by integrating a non-metallic link 51 into the bracelet 49. The placement of this link is optimized to reach the expected specifications.
  • the figure 4 illustrates the performance in terms of gain, seen by each of the frequency bands, the ISM band (Industrial, Scientific and Medical - corresponding to the frequency band used by a network such as Bluetooth) and the GNSS frequency band (Geolocation and Navigation by a Satellite System), using the communication system of the invention.
  • the ISM band Industrial, Scientific and Medical - corresponding to the frequency band used by a network such as Bluetooth
  • GNSS frequency band Geolocation and Navigation by a Satellite System
  • the figure 5 represents two curves illustrating the separation of the frequency bands permitted by the use of the antenna device according to the invention. It can be seen that the ISM band is well isolated from the GNSS frequency band.
  • Such an invention thus participates in the production of a single radiating structure of the miniature multiband type which uses the properties of the materials in the vicinity (metal caseband, sapphire crystal) and in particular the bracelet with these attachment elements.
  • This integration is made possible by a separation between the physical integration (the construction) and the shape of the antenna, thanks to a printing technique (PCB flex for example).
  • This multiband structure being connected to the electronics by means of circuitry of the rejector filter type.

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Abstract

L'invention concerne une pièce d'horlogerie comprenant un boîtier formé d'une carrure (40) métallique dans laquelle sont disposés un cadran métallique et un système de communication à distance pourvu d'un dispositif d'antenne (1) multi-bandes agencé au-dessus dudit cadran, le système de communication comprenant un bracelet (49) de ladite pièce d'horlogerie relié en ses extrémités à ladite carrure et comprenant un corps formé d'une pluralité d'éléments d'attache présentant des propriétés de conduction électrique différentes, l'agencement desdits éléments d'attache dans le corps du bracelet (49) étant configuré pour réaliser un élargissement du diagramme de rayonnement dudit dispositif d'antenne (1).

Description

    Domaine technique de l'invention
  • L'invention concerne un dispositif d'antenne employé dans un système de communication pour pièce d'horlogerie.
    • Arrière-plan technologique de l'invention
  • Depuis quelques années déjà, les montres intègrent des moyens de communication afin de pouvoir se connecter sur différents réseaux de communication, tels que Bluetooth pour se relier à un terminal mobile, et de géolocalisation, pour se connecter aux différents systèmes de localisation par satellite tels que GPS, Glonass ou Galileo. Pour cela, une montre intègre une ou plusieurs antennes.
  • Il est connu que la taille optimale d'une antenne dépend directement de la longueur d'onde du signal émis/reçu. Une antenne de longueur optimale permet d'envoyer/recevoir un signal en entier et à pleine puissance.
  • Dans une montre, l'espace disponible étant limité, une antenne doit disposer d'un design adapté pour s'intégrer dans la carrure de la montre.
  • Et si la montre intègre un moyen de communication radio qui fonctionne sur des fréquences radio (telles que le 2.4 GHz ou 1.5 GHz), la taille du produit devient critique par rapport à la longueur d'onde (120 mm et 200 mm).
  • Par ailleurs, d'autres contraintes doivent également être prises en compte :
    • La montre comporte beaucoup de parties métalliques, notamment sa carrure, et une antenne doit en être isolée.
    • La montre peut intégrer dans un même boîtier plusieurs dispositifs de communication, comme précisé ci-dessus. La montre ne peut pas disposer d'un volume allant au-delà d'une certaine taille (diamètre de 50mm maximum en règle générale).
  • Dans ce contexte, on comprend qu'il existe un besoin de trouver une solution, notamment qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur.
    • Résumé de l'invention
  • Dans ces conditions, un des buts de l'invention est par conséquent de disposer d'un dispositif d'antenne destiné à être employé dans un système de communication pour une pièce d'horlogerie, telle qu'une montre, qui intègre au moins deux circuits d'antenne ayant chacun une longueur optimale pour envoyer/recevoir un signal en entier et à pleine puissance et venir s'intégrer dans la carrure d'une montre, dont le volume d'accueil est limité.
  • Dans ce dessein, l'invention concerne une pièce d'horlogerie comprenant un boîtier formé d'une carrure métallique dans laquelle sont disposés un cadran métallique et un système de communication à distance pourvu d'un dispositif d'antenne multi-bandes agencé au-dessus dudit cadran, le système de communication comprenant un bracelet de ladite pièce d'horlogerie relié en ses extrémités à ladite carrure et comprenant un corps formé d'une pluralité d'éléments d'attache présentant des propriétés de conduction électrique différentes, l'agencement desdits éléments d'attache dans le corps du bracelet étant configuré pour réaliser un élargissement du diagramme de rayonnement dudit dispositif d'antenne.
  • Dans d'autres modes de réalisation :
    • les éléments d'attache comprennent des maillons pouvant être chacun en matériau métallique ou en matériau diélectrique ;
    • le maillon en matériau diélectrique est compris dans le corps du bracelet à une de ses deux extrémités, destinée à être reliée à la carrure ;
    • le nombre de maillons en matériau métallique constituant le corps du bracelet contribue à réaliser la configuration de l'élargissement du diagramme de rayonnement dudit dispositif d'antenne ;
    • le dispositif d'antenne comporte : un substrat, un premier circuit d'antenne réalisé sur ledit substrat et présentant des premier et deuxième brins présentant une extrémité proximale et une extrémité distale, et s'étendant en parallèle entre leurs extrémités proximales et distales, les premier et deuxième brins étant connectés par leurs extrémités proximales et séparés au niveau de leurs extrémités distales, et/ou un deuxième circuit d'antenne réalisé sur ledit substrat et présentant des troisième et quatrième brins présentant une extrémité proximale et une extrémité distale, et s'étendant en parallèle entre leurs extrémités proximales et distales, les troisième et quatrième brins étant connectés par leurs extrémités distales et séparés au niveau de leurs extrémités proximales, une liaison électrique de jonction joignant les extrémités proximales des premier et troisième brins, une partie de connexion configurée pour être pliée par rapport à ladite liaison électrique de jonction, et comportant une connexion conductrice connectée à la liaison électrique de jonction et comportant un blindage électromagnétique de ladite connexion conductrice ;
    • lesdits brins sont recourbés ;
    • le substrat est composé d'une première plaque présentant une face sur laquelle sont réalisés les deux circuits d'antenne, ladite partie de connexion étant configurée pour être pliée par rapport à ladite première plaque.
    • la première plaque du substrat présente un profil en arc de cercle.
    • les premier et deuxième circuits d'antenne sont disposés de part et d'autre de ladite liaison électrique de jonction.
    • le système de communication à distance comprend : le dispositif d'antenne, et un circuit duplexeur/réjecteur connecté à ladite liaison électrique de jonction par l'intermédiaire de la connexion conductrice de la partie de connexion.
    • ledit circuit duplexeur/réjecteur inclut un premier circuit de communication configuré pour communiquer selon un protocole de type Bluetooth et un deuxième circuit de communication configuré pour communiquer sur un réseau de localisation par satellite par l'intermédiaire des premier et deuxième circuits d'antenne respectivement, et
    • la pièce d'horlogerie est une montre connectée.
    Brève description des figures
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui suit, faite en liaison avec les figures annexées listées ci-dessous :
    • La figure 1 représente une pièce d'horlogerie comprenant un bracelet pourvu d'une pluralité d'éléments d'attache ici des maillons pouvant être chacun réalisé en matériau métallique ou en matériau diélectrique, selon un mode de réalisation de l'invention ;
    • La figure 2 représente le dispositif d'antenne conforme à l'invention ;
    • La figure 3 représente, vue en coupe partielle, une pièce d'horlogerie intégrant le dispositif d'antenne conforme à l'invention ;
    • La figure 4 représente un diagramme illustrant le gain vu par chaque bande de fréquence employée dans le système de communication de l'invention, et
    • La figure 5 représente un diagramme illustrant le principe d'isolation des bandes de fréquence permises par le dispositif d'antenne de l'invention.
    Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention
  • Dans la suite de la description, les termes "haut", "bas", "supérieur", "inférieur", "au-dessus" "au-dessous" sont à considérer en tenant compte d'un plan (P) médian horizontal parallèle au plan d'appui horizontal du boîtier de la pièce d'horlogerie sur une surface.
  • Les termes "extérieur", "externe", "intérieur" et "interne" sont à comprendre en tenant compte d'un axe (X) médian orienté perpendiculairement audit plan médian visible sur la figure 3
  • Sur la figure 1, la pièce d'horlogerie 4 comprend un boîtier formé d'une carrure 40 dans laquelle sont disposés un cadran métallique et un système de communication à distance pourvu d'un dispositif d'antenne 1 multi-bandes visible sur la figure 2. Ainsi que nous le verrons par la suite, cette pièce d'horlogerie 1 comprend un bracelet 49 pourvu d'un corps formé d'une pluralité d'éléments d'attache 50, ici des maillons, présentant des propriétés de conduction électrique différentes et dont l'agencement dans ce corps participe en la réalisation de la configuration de l'élargissement du diagramme de rayonnement dudit dispositif d'antenne 1.
  • En référence à la figure 2, le boîtier d'une pièce d'horlogerie 4 comporte un volume d'accueil défini par une carrure 40, généralement réalisée en matériau métallique, formant sa paroi latérale autour dudit axe médian, réalisée en une seule partie ou en deux parties avec une lunette 41 supérieure, par exemple réalisée en céramique ou en titane. Le volume d'accueil de la pièce d'horlogerie 4 est fermé par le haut au moyen d'une vitre 42, par exemple en verre saphir, supportée par la carrure 40 et fixée de manière étanche à celle-ci par un procédé adapté. La pièce d'horlogerie comporte également une paroi de fond (non visible), par exemple métallique, située à l'opposé de sa vitre 42 par rapport au plan médian, avantageusement isolée de la carrure par un joint, venant fermer le volume d'accueil par le bas.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, la pièce d'horlogerie 4 comporte un système de communication qui comporte principalement :
    • Un dispositif d'antenne de communication 1 et,
    • Un circuit 20 de filtrage de type duplexeur/réjecteur, connu en soi de l'homme du métier.
  • Le dispositif d'antenne 1 comporte un substrat 10, avantageusement réalisé sous la forme d'un circuit imprimé flexible (appelé couramment "flex").
  • En référence à la figure 2, le dispositif d'antenne 1 présente la particularité de comporter deux circuits d'antenne distincts, pour permettre à la pièce d'horlogerie de se connecter sur deux réseaux distincts, plus précisément un réseau de communication de type Bluetooth et un réseau de localisation par satellite GNSS (Geolocation and Navigation Satellite System), tel que par exemple le GPS (Global Positioning System), Glonass ou Galileo.
  • Les deux circuits d'antenne sont réalisés sur le même substrat par des procédés standards employés dans le domaine des circuits imprimés.
    • Selon un aspect particulier de l'invention :
    • Le premier circuit d'antenne 11 présente un premier brin 110 et un deuxième brin 111 qui comportent chacun une extrémité proximale et une extrémité distale, et qui s'étendent en parallèle entre leurs extrémités proximales et distales, les premier et deuxième brins étant connectés 112 par leurs extrémités proximales et séparés au niveau de leurs extrémités distales ;
    • Le deuxième circuit d'antenne 12 présente un troisième brin 120 et un quatrième brin 121 qui comportent chacun une extrémité proximale et une extrémité distale, et qui s'étendent en parallèle entre leurs extrémités proximales et distales, les troisième et quatrième brins étant connectés 122 par leurs extrémités distales et séparés au niveau de leurs extrémités proximales ;
  • Une liaison électrique 13 permet de connecter les extrémités proximales des premier, deuxième et troisième brins 110, 11, 120. Cette liaison électrique 13 comporte un point de connexion unique 130 sur lequel vient se connecter ledit circuit 2 de filtrage. Un point de connexion unique 130 va ainsi permettre de communiquer en utilisant sélectivement les premier et deuxième circuits d'antenne 11 et 12.
  • L'architecture à deux brins en parallèle du premier circuit d'antenne 11 permet d'élargir la bande de fréquence (100MHz), nécessaire par exemple pour communiquer sur un réseau de communication de type Bluetooth (2.4 GHz).
  • Pour le deuxième circuit d'antenne 12 (par exemple dédiée à un circuit de localisation par satellite), l'antenne est alimentée sur un nœud de courant et sa longueur est repliée, permettant d'améliorer l'adaptation d'impédance.
  • Le point de connexion unique 130 pour les deux circuits d'antenne 11, 12 en parallèle permet de faciliter l'intégration mécanique du dispositif d'antenne dans le volume d'accueil de la pièce d'horlogerie 4 ainsi qu'une indépendance de conception entre la partie antenne et la partie électronique. En effet il suffit de régler l'intégration mécanique de la plaque support de ces circuits d'antenne dans la construction, le motif des circuits d'antenne étant réalisés par la suite par un procédé standard de gravure ne remettant pas en cause ladite intégration mécanique. Le deuxième circuit d'antenne 12 à deux brins reliés en série permet de communiquer sur une bande de fréquence plus étroite, par exemple à 1.5GHz employée pour communiquer sur un réseau de localisation par satellite (GPS par exemple).
  • Dans cette configuration, chaque circuit d'antenne 11, 12 s'étend essentiellement selon une trajectoire en arc de cercle en comportant deux brins 110, 111, 120, 121 agencés en parallèle sur le substrat 10 qui suivent cette trajectoire.
  • A titre d'exemple, chaque circuit d'antenne 11, 12 peut être réalisé sur une plage angulaire comprise entre 70 et 80° relatif à l'angle du secteur angulaire qui définit l'arc de cercle formé par ce circuit d'antenne 11, 12 et ce, de part et d'autre de la liaison de jonction centrale. Leur trajectoire peut suivre cet arc de cercle réalisé suivant un rayon compris entre 16 et 22mm. Les deux brins 110, 111, 120, 121 peuvent être écartés l'un de l'autre d'une distance comprise entre 1 et 2 mm.
  • Le substrat 10 se présente sous la forme d'une première plaque présentant un profil réalisé en arc de cercle, avantageusement en demi-cercle. Cette configuration aide grandement pour obtenir une polarisation circulaire pour les antennes satellites notamment. Cette configuration aide également pour la mise en œuvre du protocole Bluetooth, du fait de la propagation des ondes dans des endroits clos comme les pièces d'habitation. Les deux circuits d'antenne sont imprimés sur une même face de la plaque, sa face supérieure, et s'étendent chacun de part et d'autre d'une partie de séparation portant la liaison électrique 13 joignant les deux circuits d'antenne 11, 12. Cette partie de séparation est avantageusement médiane, séparant le substrat en deux arcs de cercle de dimensions sensiblement égales voire égales ou strictement égales.
  • Le dispositif d'antenne comporte en outre une partie de connexion 100, se présentant sous la forme d'une excroissance de la plaque.
  • Lors de l'intégration du substrat 10 dans la carrure 40 de la pièce d'horlogerie 4, la partie de connexion 100 du substrat 10 est destinée à être pliée par rapport à la première plaque, autour d'un axe perpendiculaire à l'axe (X) et parallèle au plan (P).
  • Cette partie de connexion 100 comporte une ou plusieurs connexions conductrices permettant de relier les circuits d'antenne 11, 12 (au niveau de la liaison électrique 13) à un circuit électronique de contrôle 2 portant le circuit 20 de filtrage de type duplexeur/réjecteur. La partie de connexion 100 comporte un blindage électromagnétique de ces connexions conductrices pour éviter tout rayonnement vers l'extérieur et permettre d'éviter que la partie de connexion 100 n'influe sur l'impédance des circuits d'antenne 11 et 12. A titre d'exemple, le blindage peut être réalisé par un assemblage de plusieurs couches superposées : une couche inférieure de blindage, une couche d'isolant, une couche intégrant les connexions conductrices, puis une nouvelle couche d'isolant et une nouvelle couche supérieure de blindage.
  • Une carte de contrôle portant le circuit électronique de contrôle 2 (le circuit de contrôle 2 portant par exemple un ou des circuits RF émetteurs/récepteurs et de conception connue en soi) peut être agencée dans le fond du boîtier de la pièce d'horlogerie 4.
  • Le dispositif d'antenne 1 est connecté à la carte de contrôle, par la partie de connexion 100 via la ou les connexions conductrices.
  • En référence à la figure 3, dans son volume d'accueil, la pièce d'horlogerie 4 peut intégrer un cadran 43, avantageusement réalisé en métal, située au-dessus de la paroi de fond. Ce cadran peut porter des indications esthétiques visibles à travers la vitre de la pièce d'horlogerie. Il présente avantageusement une forme de disque.
  • La pièce d'horlogerie peut intégrer une cale 44 agencée sur le cadran. Cette cale 44 définit un plan d'appui horizontal et est destinée à supporter le substrat 10 porteur des circuits d'antenne. Cette cale peut présenter une forme circulaire ou demi-circulaire et définit une épaisseur constante déterminée au-dessus du cadran.
  • Le substrat 10 du dispositif d'antenne 1 est agencé pour se positionner sur la cale 44, sa première plaque en appui contre le plan d'appui formé par la cale. Sa partie de connexion 100 est pliée pour se positionner à la verticale, suivant un plan transversal au plan (P) moyen.
  • Un premier élément de calage 45 par exemple en mousse isolante peut être positionné entre le substrat et la lunette surmontant la carrure.
    Un deuxième élément 46, par exemple en plastique isolant, par exemple de forme semi-annulaire, comporte une partie haute venant en appui contre la face supérieure du substrat 10, une partie verticale s'étendant vers le bas, jusqu'au cadran et une partie basse en appui contre le cadran.
  • Un écran tactile 47, par exemple de type capacitif, peut être fixé sous la vitre 42, sur une majeure partie de la surface de la vitre, séparée dudit deuxième élément 46 par de l'air.
  • Pour fixer le bracelet 49, la pièce d'horlogerie comporte de part et d'autre de sa carrure, deux cornes 48 agencées chacune pour fixer un brin distinct du bracelet 49.
  • Le dispositif d'antenne est multi-bandes pour faire fonctionner au moins deux circuits de communication, qui présentent des caractéristiques différentes en termes de fréquences, polarisation, gain et impédance.
  • Pour l'impédance le circuit électronique de contrôle 2 peut comporter un filtre duplexeur/réjecteur radiofréquence 20.
  • Pour le gain et la polarisation, c'est le motif de chaque circuit antenne 11, 12 qui permet de gérer ces paramètres.
  • L'emploi d'un filtre duplexeur/réjecteur permet d'isoler les deux circuits de communication (Bluetooth et GPS par exemple).
  • A titre d'exemple, il faut noter qu'un circuit de communication de type Bluetooth nécessite une polarisation linéaire alors qu'un circuit de communication de type GPS nécessite une polarisation circulaire. Le système GPS impose notamment une polarisation dite gauche.
  • Par ailleurs, la solution de l'invention permet de tenir compte du fait que la pièce d'horlogerie 4 comporte une carrure 40 réalisée en matériau métallique.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, le dispositif d'antenne 1 est destiné à être placé le plus haut possible dans le boîtier de la pièce d'horlogerie, c'est-à-dire le plus près possible de la vitre, tout en restant masquée aux yeux de l'utilisateur.
  • Par ailleurs, l'agencement du dispositif d'antenne 1 dans le boîtier de la pièce d'horlogerie, permet de bénéficier de la carrure 40 en métal de la pièce d'horlogerie, par laquelle le dispositif d'antenne 1 peut émettre son rayonnement. La lunette 41, pouvant être réalisée dans un matériau de type céramique, permet, pour ne pas détériorer le rayonnement, en particulier en latéral, par l'ajout d'un matériau à fort diélectrique, d'agrandir la longueur électrique de l'antenne et ainsi en améliorer le rendement par rapport à sa taille physique.
  • Le dispositif d'antenne 1 étant placé au-dessus du cadran 43 qui est également métallique, on bénéficie d'un volume majoritairement rempli d'air (améliorant ainsi le rendement de l'antenne), au-dessus du dispositif d'antenne. Ce cadran 43 métallique fait office également d'écran, rendant en parti transparente toute modification sur la construction en dessous de ce cadran vis-à-vis du dispositif d'antenne 1.
  • Ainsi que nous l'avons évoqué précédemment, dans cette pièce d'horlogerie le bracelet 49 participe à réaliser la configuration de l'élargissement du diagramme de rayonnement dudit dispositif d'antenne 1. Dans cette configuration le rayonnement se fait par la carrure 40 et ce bracelet 49 joue un rôle notable en termes de rayonnement. Il peut en effet être réalisé partiellement avec plusieurs maillons 50 en matériau métallique pour élargir le diagramme de rayonnement dans les directions qui seraient atténuées par le poignet du porteur. Par ailleurs, le rebouclage électrique entre le haut et le bas de la carrure (de corne à corne) via le bracelet 49 métallique peut être évité en intégrant un maillon 51 non métallique au bracelet 49. Le placement de ce maillon est optimisé pour atteindre les spécifications attendues.
  • La figure 4 illustre la performance en termes de gain, vu par chacune des bandes de fréquence, la bande ISM (Industriel, Scientifique et Médical - correspondant à la bande de fréquence utilisée par un réseau tel que Bluetooth) et la bande de fréquence GNSS (Géolocalisation et Navigation par un Système de Satellites), en utilisation du système de communication de l'invention.
  • La figure 5 représente deux courbes illustrant la séparation des bandes de fréquence permise par l'utilisation du dispositif d'antenne conforme à l'invention. On peut voir que la bande ISM est bien isolée de la bande de fréquence GNSS.
  • En outre une telle invention participe ainsi en la réalisation d'une structure rayonnante unique de type multibandes miniature qui utilise les propriétés des matériaux à proximité (carrure métal, verre saphir) et en particulier le bracelet avec ces éléments d'attache. Cette intégration est rendue possible par une séparation entre l'intégration physique (la construction) et la forme d'antenne, grâce à une technique d'impression (PCB flex par exemple). Cette structure multibande étant connectée à l'électronique par le biais d'une circuiterie de type filtres réjecteurs.
  • Il va de soi que la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et que diverses modifications et variantes simples peuvent être envisagées par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications annexées.

Claims (12)

  1. Pièce d'horlogerie comprenant un boîtier formé d'une carrure (40) métallique dans laquelle sont disposés un cadran métallique et un système de communication à distance pourvu d'un dispositif d'antenne (1) multi-bandes agencé au-dessus dudit cadran, le système de communication comprenant un bracelet (49) de ladite pièce d'horlogerie relié en ses extrémités à ladite carrure et comprenant un corps formé d'une pluralité d'éléments d'attache présentant des propriétés de conduction électrique différentes, l'agencement desdits éléments d'attache dans le corps du bracelet (49) étant configuré pour réaliser un élargissement du diagramme de rayonnement dudit dispositif d'antenne (1).
  2. Pièce d'horlogerie selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les éléments d'attache comprennent des maillons pouvant être chacun en matériau métallique ou en matériau diélectrique.
  3. Pièce d'horlogerie selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le maillon en matériau diélectrique est compris dans le corps du bracelet (49) à une de ses deux extrémités, destinée à être reliée à la carrure.
  4. Pièce d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisée en ce que le nombre de maillons en matériau métallique constituant le corps du bracelet (49) contribue à réaliser la configuration de l'élargissement du diagramme de rayonnement dudit dispositif d'antenne (1).
  5. Pièce d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif d'antenne (1) comporte :
    - un substrat (10) ;
    - un premier circuit d'antenne (11) réalisé sur ledit substrat et présentant des premier et deuxième brins (110, 111) présentant une extrémité proximale et une extrémité distale, et s'étendant en parallèle entre leurs extrémités proximales et distales, les premier et deuxième brins étant connectés par leurs extrémités proximales et séparés au niveau de leurs extrémités distales ;
    - un deuxième circuit d'antenne (12) réalisé sur ledit substrat (10) et présentant des troisième et quatrième brins (120, 121) présentant une extrémité proximale et une extrémité distale, et s'étendant en parallèle entre leurs extrémités proximales et distales, les troisième et quatrième brins étant connectés par leurs extrémités distales et séparés au niveau de leurs extrémités proximales ;
    - une liaison électrique de jonction (13) joignant les extrémités proximales des premier et troisième brins ;
    - une partie de connexion (100) configurée pour être pliée par rapport à ladite liaison électrique de jonction, et comportant une connexion conductrice connectée à la liaison électrique de jonction (13) et comportant un blindage électromagnétique de ladite connexion conductrice.
  6. Pièce d'horlogerie selon la revendication précédente, caractérisée en ce que lesdits brins (110, 111, 120, 121) sont recourbés.
  7. Pièce d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que le substrat (10) est composé d'une première plaque présentant une face sur laquelle sont réalisés les deux circuits d'antenne, ladite partie de connexion (100) étant configurée pour être pliée par rapport à ladite première plaque.
  8. Pièce d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que la première plaque du substrat présente un profil en arc de cercle.
  9. Pièce d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que les premier et deuxième circuits d'antenne (11, 12) sont disposés de part et d'autre de ladite liaison électrique de jonction (13).
  10. Pièce d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de communication à distance comprend :
    - le dispositif d'antenne (1), et
    - un circuit duplexeur/réjecteur (20) connecté à ladite liaison électrique de jonction par l'intermédiaire de la connexion conductrice de la partie de connexion (100).
  11. Pièce d'horlogerie selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit circuit duplexeur/réjecteur (20) inclut un premier circuit de communication configuré pour communiquer selon un protocole de type Bluetooth et un deuxième circuit de communication configuré pour communiquer sur un réseau de localisation par satellite par l'intermédiaire des premier et deuxième circuits d'antenne respectivement.
  12. Pièce d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle est une montre connectée.
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