FR2818016A1 - Single block antenna for use with a cellular mobile telephone uses linear polarization and broadband having two sections with a lengthening piece from one straight section to the other spiral one. - Google Patents

Single block antenna for use with a cellular mobile telephone uses linear polarization and broadband having two sections with a lengthening piece from one straight section to the other spiral one. Download PDF

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Abstract

Antenna has a wire element (2) with two sections one lengthened to the other. The first section (3) is straight and its end facing the other section forms the antenna's base (5) welded onto a card or a printed circuit board (1). This first section might not be completely straight and any deviations in shape can be tolerated. The second section (4) has a spiral shape. The total length of both sections like a rolled-out wire sets a low band-pass frequency. An Independent claim is also included for a cellular mobile telephone device for use with an antenna.

Description

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Le domaine d'application privilégié de l'invention est celui des terminaux mobiles des réseaux de radio-téléphonie cellulaire, mais la présente demande concerne plus généralement encore les antennes et pas uniquement celles qui équipent ces terminaux, même si les problèmes qui sont résolus par l'invention sont nés avec ces terminaux mobiles.  The preferred field of application of the invention is that of mobile terminals of cellular radio telephone networks, but the present application more generally still concerns antennas and not only those which equip these terminals, even if the problems which are solved by the invention were born with these mobile terminals.

Proclamons tout de suite que la demanderesse a cherché à proposer une antenne universelle, c'est-à-dire une antenne à large bande, pouvant être utilisée dans plusieurs bandes d'exploitation de fréquences, et qui ne soit pas sensible, ou trop sensible, aux éléments perturbateurs de son environnement.  Immediately proclaim that the applicant has sought to propose a universal antenna, that is to say a broadband antenna, which can be used in several frequency operating bands, and which is not sensitive, or too sensitive , to disturbing elements of its environment.

Précisons tout de suite aussi qu'il s'agit d'une antenne monobloc à polarisation linéaire.  It should also be noted right away that this is a monoblock antenna with linear polarization.

En téléphonie cellulaire, généralement, une pluralité d'exploitants opèrent respectivement dans des bandes de fréquences différentes. On connaît ainsi la bande GSM, autour de 900 MHz environ, la bande DCS, autour de 1800 MHz, la bande PCS, autour de 1900 MHz et, aujourd'hui, la bande UMTS, autour de 2 GHz. Des antennes bi-bande existent déjà sur le marché.  In cellular telephony, generally, a plurality of operators operate respectively in different frequency bands. We thus know the GSM band, around 900 MHz approximately, the DCS band, around 1800 MHz, the PCS band, around 1900 MHz and, today, the UMTS band, around 2 GHz. Dual-band antennas already exist on the market.

Certaines comprennent des motifs imprimés sur céramique. Elles sont chères, difficiles à régler et sensibles à leur environnement. A cet endroit, précisons que les éléments perturbateurs d'une antenne de radiotéléphonie comprennent, notamment, le haut-parleur, le vibreur, la masse de la carte de circuit imprimé. On connaît aussi, comme antennes bi-bande, les antennes"hélice". Elles sont souvent volumineuses et, surtout, on ne peut pas les plaquer contre un circuit imprimé. Some include patterns printed on ceramic. They are expensive, difficult to adjust and sensitive to their environment. At this point, it should be noted that the disturbing elements of a radiotelephone antenna include, in particular, the loudspeaker, the vibrator, the mass of the printed circuit board. Also known as dual-band antennas, "helix" antennas. They are often large and, above all, they cannot be pressed against a printed circuit.

C'est ainsi que la demanderesse propose son invention d'antenne dépourvue des inconvénients de celles de l'art antérieur.  This is how the applicant proposes its invention of antenna devoid of the drawbacks of those of the prior art.

A cet effet, l'invention concerne une antenne monobloc à polarisation linéaire et à large bande, caractérisée par le fait qu'elle comporte un profil à deux portions dans le prolongement l'une de l'autre, une première portion globalement rectiligne et une deuxième portion en spirale.  To this end, the invention relates to a monoblock antenna with linear polarization and wide band, characterized in that it comprises a profile with two portions in the extension of one another, a first generally rectilinear portion and a second spiral portion.

La demanderesse a pu constater, de façon surprenante, que l'ensemble des deux portions de l'antenne participait à son rayonnement dans  The Applicant has observed, surprisingly, that all of the two portions of the antenna participated in its radiation in

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le bas de la bande, la portion en spirale, dans le haut de la bande.  the bottom of the strip, the spiral portion, at the top of the strip.

On remarquera qu'on connaissait déjà des antennes spirale. Mais ces antennes, d'une part, sont à polarisation circulaire et, d'autre part, sont limitées à leur seule portion en spirale, si bien qu'il est même permis de douter qu'elles appartiennent au même domaine technique que l'antenne de l'invention.  Note that we already knew about spiral antennas. But these antennas, on the one hand, are circularly polarized and, on the other hand, are limited to their only spiral portion, so that it is even possible to doubt that they belong to the same technical field as antenna of the invention.

Dans une première forme de réalisation de l'antenne de l'invention, elle est filaire.  In a first embodiment of the antenna of the invention, it is wired.

Dans une deuxième forme de réalisation, l'antenne est un ruban présentant, vu dans l'épaisseur, les deux portions globalement rectiligne et en spirale.  In a second embodiment, the antenna is a ribbon having, seen in thickness, the two generally rectilinear and spiral portions.

On peut dire que, vue dans son épaisseur, l'antenne-ruban se présente comme un fil.  You could say that, seen in its thickness, the ribbon antenna looks like a wire.

L'avantage de la deuxième forme de réalisation en ruban, par rapport à la première forme de réalisation filaire, est d'élargir encore la bande passante pour faire de l'antenne, au-delà d'une antenne bi-bande à une seule fréquence d'accord haute, une antenne multi-bande, à plusieurs fréquences d'accord hautes.  The advantage of the second ribbon embodiment, compared to the first wired embodiment, is to further broaden the bandwidth to make the antenna, beyond a dual-band antenna with a single high tuning frequency, a multi-band antenna, with several high tuning frequencies.

L'antenne de l'invention est donc une antenne à au moins une fréquence d'accord haute.  The antenna of the invention is therefore an antenna with at least one high tuning frequency.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante des deux formes de réalisation de l'antenne, en référence au dessin annexé, sur lequel : -la figure 1 est une vue de profil de la première forme de réalisation filaire de l'antenne et - la figure 2 est une vue en perspective de la deuxième forme de réalisation en ruban de l'antenne de l'invention.  The invention will be better understood with the aid of the following description of the two embodiments of the antenna, with reference to the appended drawing, in which: FIG. 1 is a side view of the first wired embodiment of the antenna and - Figure 2 is a perspective view of the second ribbon embodiment of the antenna of the invention.

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On a pris ici l'exemple d'une antenne monobloc à polarisation linéaire pour terminal mobile de radiotéléphonie cellulaire raccordée électriquement sur une carte de circuit imprimée 1 (1'), l'ensemble étant disposé dans une coque de terminal, non représentée. L'antenne est fixée mécaniquement à la coque par collage, par des brides ou par des clips.  Here we have taken the example of a monoblock antenna with linear polarization for a mobile radiotelephony mobile terminal electrically connected to a printed circuit board 1 (1 ′), the assembly being arranged in a terminal shell, not shown. The antenna is mechanically fixed to the hull by gluing, by flanges or by clips.

On peut aussi utiliser l'antenne de l'invention comme antenne d'un terminal radio d'abonné, mettant en oeuvre, mais parmi d'autres, des fonctions de radiotéléphonie cellulaire, ou d'un répéteur domotique, raccordé au réseau téléphonique commuté par fil, d'une part, et à un réseau de radiotéléphonique cellulaire, d'autre part.  The antenna of the invention can also be used as the antenna of a subscriber radio terminal, implementing, but among others, cellular radiotelephony functions, or of a home automation repeater, connected to the switched telephone network by wire, on the one hand, and to a cellular radiotelephone network, on the other.

En référence à la figure 1, l'antenne est un élément filaire 2, à deux portions 3 et 4 dans le prolongement l'une de l'autre. La première portion 3 est ici rectiligne et son extrémité opposée à l'autre portion d'antenne constitue le pied d'antenne 5 fixé, ici soudé, sur la carte 1. On notera que cette première portion, avec son pied d'antenne, pourrait ne pas être parfaitement rectiligne et que quelques ondulations ou autres discontinuités seraient tolérables. Quant à la deuxième portion 4, elle est conformée en spirale.  Referring to Figure 1, the antenna is a wire element 2, with two portions 3 and 4 in the extension of one another. The first portion 3 is here rectilinear and its end opposite to the other antenna portion constitutes the antenna base 5 fixed, here welded, to the card 1. It will be noted that this first portion, with its antenna base, may not be perfectly straight and some undulations or other discontinuities would be tolerable. As for the second portion 4, it is shaped in a spiral.

Dans le cas de la réalisation de la figure 1, l'antenne s'étend sensiblement dans un plan, ici parallèle à celui de la carte 1. Et c'est dans une direction d'observation perpendiculaire à ce plan que le profil de l'antenne comporte, dans le prolongement de la position rectiligne 3, la portion 4 vue en spirale.  In the case of the embodiment of FIG. 1, the antenna extends substantially in a plane, here parallel to that of the card 1. And it is in a direction of observation perpendicular to this plane that the profile of the 'antenna comprises, in the extension of the straight position 3, the portion 4 seen in a spiral.

Orthogonalement à cette direction, l'antenne est vue comme un fil.  Orthogonally to this direction, the antenna is seen as a wire.

C'est la longueur totale des deux portions d'antenne, donc fil déroulé, qui détermine la fréquence d'accord basse, la fréquence d'accord haute étant définie par la seule portion en spirale 4. Pour la fréquence d'accord basse, l'antenne peut être assimilée, aux parasites près, à une antenne quartd'onde de la longueur totale de l'antenne. A titre d'exemple, la fréquence basse peut être de 900 MHz, la fréquence haute de 1800 MHz. Mais il est facile de prévoir que la fréquence d'accord haute ne soit pas le double de la fréquence d'accord basse.  It is the total length of the two antenna portions, therefore unwound wire, which determines the low tuning frequency, the high tuning frequency being defined by the single spiral portion 4. For the low tuning frequency, the antenna can be assimilated, except for parasites, to a quarter-wave antenna of the total length of the antenna. For example, the low frequency may be 900 MHz, the high frequency of 1800 MHz. However, it is easy to predict that the high tuning frequency will not be twice the low tuning frequency.

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En référence à la fréquence 2, l'antenne est un ruban 12 enroulé en partie sur lui-même en spirale dans une portion 14 au-delà d'une portion ici plane 13 prolongée par cette portion en spirale. C'est dans son épaisseur que l'antenne présente le profil aux deux portions rectiligne 23 et en spirale 24. Autrement dit, c'est dans une direction d'observation parallèle aux faces 25 du ruban, ou perpendiculaire à ses tranches latérales 26 définissant son épaisseur, que le profil de l'antenne comporte, dans le prolongement l'une de l'autre, la portion ici rectiligne 23 et la portion en spirale 24. Cette portion en spirale 24 est ici enroulée sur elle-même autour d'un axe orthogonal aux plans des tranches 26.  With reference to frequency 2, the antenna is a ribbon 12 partially wound on itself in a spiral in a portion 14 beyond a portion here flat 13 extended by this spiral portion. It is in its thickness that the antenna has the profile with the two straight 23 and spiral 24 portions. In other words, it is in a direction of observation parallel to the faces 25 of the ribbon, or perpendicular to its lateral edges 26 defining its thickness, which the antenna profile includes, in the extension of one another, the portion here rectilinear 23 and the spiral portion 24. This spiral portion 24 is here wound on itself around an axis orthogonal to the planes of the sections 26.

La partie d'extrémité 15 de la portion plane 13 de l'antenne, opposée à la portion en spirale 14, constitue le pied de l'antenne, par lequel elle est fixée, ici soudée, sur la carte 1', tout en restant dégagée du plan de masse du terminal, s'il s'agit d'un terminal. Le pied d'antenne 15 est ici soudé par l'une des faces du ruban, après torsion de 90 . On aurait pu en variante, à cet endroit, effiler le ruban.  The end portion 15 of the flat portion 13 of the antenna, opposite the spiral portion 14, constitutes the base of the antenna, by which it is fixed, here welded, on the card 1 ', while remaining clear of the terminal ground plan, in the case of a terminal. The antenna base 15 is here welded by one of the faces of the ribbon, after twisting 90. Alternatively, we could have tapered the ribbon at this point.

Comme dans la forme de réalisation précédente, c'est la longueur du ruban déroulé qui détermine la fréquence d'accord basse, la fréquence d'accord haute étant définie par la seule portion en spirale 14,24.  As in the previous embodiment, it is the length of the unrolled ribbon which determines the low tuning frequency, the high tuning frequency being defined by the single spiral portion 14,24.

Au plan fréquentiel, la forme de réalisation en ruban se distingue de l'antenne filaire par un élargissement vers le haut de la bande de fréquences permettant ainsi, et par exemple, un accord, non seulement à 900 et 1800 MHz, mais également à 1900, voire 2000 MHz, permettant ainsi une exploitation dans les bandes UMTS et PCS.  In terms of frequency, the ribbon embodiment differs from the wire antenna by an upward widening of the frequency band thus allowing, and for example, tuning, not only at 900 and 1800 MHz, but also at 1900 , or even 2000 MHz, thus allowing operation in the UMTS and PCS bands.

A titre purement indicatif encore, si l'épaisseur de la carte de circuit imprimé peut avoir une épaisseur d'environ 3 mm, la largeur des faces du ruban d'antenne peut elle être égale à environ 10 mn. By way of further indication only, if the thickness of the printed circuit board can have a thickness of approximately 3 mm, the width of the faces of the antenna ribbon can be equal to approximately 10 min.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1-Antenne monobloc à polarisation linéaire et à large bande, caractérisée par le fait qu'elle comporte un profil à deux portions dans le prolongement l'une de l'autre, une première portion (3 ; 23) globalement rectiligne et une deuxième portion en spirale (4 ; 24).  1-Monoblock antenna with linear polarization and wide band, characterized in that it comprises a profile with two portions in the extension of one another, a first portion (3; 23) generally rectilinear and a second portion spiral (4; 24). 2-Antenne selon la revendication 1, qui est filaire.  2-antenna according to claim 1, which is wired. 3-Antenne selon la revendication 2, qui s'étend sensiblement dans un plan.  3-antenna according to claim 2, which extends substantially in a plane. 4-Antenne selon la revendication 3, dans laquelle la deuxième portion d'antenne (4) présente un profil en spirale dans une direction d'observation perpendiculaire au plan de l'antenne.  4-antenna according to claim 3, wherein the second antenna portion (4) has a spiral profile in an observation direction perpendicular to the plane of the antenna. 5-Antenne selon la revendication 1, qui est un ruban en partie enroulé sur lui-même, présentant dans son épaisseur (26) le profil à portion globalement rectiligne (23) et portion en spirale (24).  5-antenna according to claim 1, which is a ribbon partially wound on itself, having in its thickness (26) the profile with generally rectilinear portion (23) and spiral portion (24). 6-Antenne selon l'une des revendication 1 à 5, dans laquelle la longueur de tout le profil détermine une fréquence d'accord basse.  6-antenna according to one of claims 1 to 5, wherein the length of the entire profile determines a low tuning frequency. 7-Antenne selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle le profil en spirale détermine au moins une fréquence d'accord haute.  7-antenna according to one of claims 1 to 6, wherein the spiral profile determines at least one high tuning frequency. 8-Terminal mobile de radiotéléphonie cellulaire comportant une antenne selon l'une des revendications 1 à 7. 8-Mobile terminal for cellular radiotelephony comprising an antenna according to one of claims 1 to 7.
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