FR2842951A1 - Antenne a plaque de faible epaisseur - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une antenne à plaque de faible épaisseur, l'antenne comprend :- un élément radiant (50),- une alimentation d'antenne connectée à l'élément radiant,- une surface conductrice (66) sensiblement parallèle audit élément radiant et disposée à une distance e dudit élément, ladite surface conductrice étant munie d'au moins une fente (68) en regard dudit élément radiant ; et- une connexion conductrice entre ladite surface conductrice et ledit élément radiant.

Description

i La présente invention a pour objet une antenne à plaque de

faible épaisseur.

Les antennes à plaque du type PIFA ou autre sont maintenant couramment utilisées notamment pour la réalisation de radiotéléphones portatifs. En effet, ces antennes sont entièrement internes au boîtier du téléphone portatif et elles présentent des dimensions relativement réduites.

Sur la figure 1 annexée, on a représenté en coupe verticale de façon simplifiée une telle antenne. Elle est constituée par un élément 10 radiant 10 dont le design est adapté à la longueur d'onde ou aux longueurs d'ondes dans lesquelles on veut travailler ainsi qu'à l'impédance souhaitée qui est typiquement de 50 Q2. Cette antenne comporte également un plan de masse 12 sensiblement parallèle à l'élément radiant 10. Un court-circuit 14 est réalisé entre l'élément radiant 10 et le plan de 15 masse 12. Enfin, l'alimentation de l'antenne est constituée le plus souvent par un câble coaxial 16 dont le conducteur central 16a est relié électriquement à l'élément radiant 10 et dont le blindage 16b est relié au plan de masse. Avec de telles antennes, il est nécessaire de prévoir un écartement minimum e afin d'obtenir un fonctionnement convenable de 20 l'antenne. Typiquement, l'écartement minimal e est de l'ordre de 7 à 10 mm lorsque le diélectrique entre l'élément radiant et le plan de masse est l'air et que la fréquence est inférieure à 2 GHz.

Si l'on cherche à diminuer la distance e entre l'élément radiant et le plan de masse, l'antenne qu'on obtient présente des limitations dans 25 son fonctionnement et notamment des limitations quant à sa bande passante qui sont inacceptables. En particulier, une distance e inférieure à 5 mm est difficile à obtenir pour des fréquences inférieures à 2 GHz, c'est-àdire pour des plages de fréquences habituellement utilisées en radiotéléphonie, notamment en GSM.

Or, une évolution des radiotéléphones portatifs se dessine selon

laquelle l'épaisseur totale du radiotéléphone doit devenir de plus en plus réduite. Il est donc souhaitable de pouvoir disposer d'antennes également d'épaisseur réduite et dans lesquelles, en particulier, la distance e est significativement inférieure à 7 mm, par exemple de l'ordre de 2 à 3 mm.

Il faut également préciser que pour gagner de la place dans le radiotéléphone, souvent les métallisations sur le PCB, les blindages, etc.

constituent le plan de masse du radiotéléphone et l'ensemble formé par l'élément radiant, le court-circuit 14 et le câble d'alimentation 16 est directement montés sur le circuit imprimé.

Il existe donc un réel besoin de disposer d'antennes, dont l'épaisseur totale est au plus égale à 5 mm tout en présentant des conditions de fonctionnement acceptables et susceptibles de travailler dans plusieurs bandes de fréquence correspondant à celles utilisées classiquement dans les radiotéléphones Modems d'ordinateur notamment portable, carte PCMCIA, PDA, etc. Un objet de la présente invention est donc de fournir une

antenne à plaque d'épaisseur réduite et qui néanmoins présente une bande passante conforme aux normes en vigueur.

Pour atteindre ce but selon l'invention, l'antenne à plaque de faible épaisseur est caractérisée en ce qu'elle comprend - un élément radiant, une alimentation d'antenne connectée à l'élément radiant, - une surface conductrice sensiblement parallèle audit élément radiant et disposée à une distance e dudit élément, ladite surface conductrice étant munie d'au moins une fente en regard dudit élément radiant; et - une connexion conductrice entre ladite surface conductrice et

ledit élément radiant.

Par fente, il faut entendre tout évidement dans la surface

conductrice quelle que soit la forme de son contour.

L'antenne conforme à la définition donnée ci-dessus permet effectivement, malgré son épaisseur réduite, par exemple de l'ordre de 3 mm, d'obtenir une bande passante convenant pour son utilisation dans un radiotéléphone portatif ou autres pour les bandes de fréquences couramment utilisées inférieures à 2GHz, notamment pour le GSM. Ce 30 résultat est obtenu du fait qu'au champ électrique principalement créé par l'élément radiant, on induit un champ magnétique de part l'existence de la fente ménagée dans la surface conductrice en regard de l'élément radiant. La composition de ces deux champs en quadrature produit une onde électromagnétique correspondant à celle utilisée dans une antenne

d'épaisseur standard, c'est-à-dire de l'ordre de 7 à 10 mm.

De préférence, la fente ou au moins une desdites fentes est ouverte. Dans ce cas, on évite le rayonnement de la fente et le fonctionnement de l'antenne est très amélioré.

Par "fente ouverte", il faut entendre une fente qui débouche dans la périphérie de la surface conductrice. En d'autres termes, lorsque la fente est ouverte, la fente n'est pas entièrement entourée par un élément conducteur de l'électricité. De préférence encore, la fente qui est de préférence ouverte, a

une forme sensiblement identique à celle de l'élément radiant.

Selon un mode préféré de réalisation de l'antenne, la surface

conductrice est constituée par une plaque conductrice et l'antenne comprend en outre une structure mécanique isolante sur laquelle sont fixés l'élément radiant, la plaque conductrice et la connexion conductrice.

Cet ensemble peut être directement fixé sur un circuit imprimé 15 et raccordé de manière convenable aux pistes conductrices du circuit imprimé.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non

limitatifs. La description se réfère aux dessins sur lesquels:

- la figure 1, déjà décrite, montre une antenne connue du type PiFa; - la figure 2A est une vue de dessus de la surface conductrice d'un premier mode de réalisation d'une antenne conforme à l'invention; - la figure 2B est une vue de dessus de l'élément rayonnant correspondant à la figure 2A; - la figure 2C est une vue en coupe verticale de l'antenne incorporant les composants des figures 2A et 2B; - la figure 3 montre deux courbes correspondant à une antenne de référence et à l'antenne des figures 2A à 2C; - la figure 4 est une vue en coupe verticale d'une première variante de réalisation de l'antenne; et - la figure 5 est une vue en coupe verticale d'une deuxième variante

de réalisation de l'antenne.

En se référant maintenant aux figures 2A à 2C, on va décrire un

premier mode de réalisation d'une antenne conforme à l'invention.

Dans ce mode de réalisation, ainsi que le montre la figure 2B, l'élément radiant 50 comporte deux parties parallèles principales 52 et 54 réunies à une de leurs extrémités par une boucle 56 et prolongées à la deuxième extrémité de la partie rectiligne 52 par une branche 58. La forme de l'élément radiant est définie par la ou les fréquences de

fonctionnement de l'antenne et par l'indépendance recherchée. La branche 58 se prolonge par deux pattes de connexion 60 et 62 respectivement d'antenne et de court-circuit fixées sur un élément connecteur double 64.

Sur la figure 2A, on a représenté une surface conductrice 66

avec sa fente 68 qui a un contour proche de celui de l'élément radiant 50 mais non nécessairement identique à celui-ci. La fente est constituée par les portions de fente 52', 54', 56' et 58'. La branche 58' de la fente se prolonge par une portion 70 qui débouche dans la périphérie 66a de la 15 surface conductrice 66. La portion 70 est disposée entre les plages de connexion 72 et 74 correspondant respectivement à la réalisation d'un court-circuit électrique entre l'élément radiant et la surface conductrice 70 et à l'alimentation d'antenne. Le connecteur double 64 constitue également un moyen de fixation mécanique de l'élément radiant sur la 20 surface conductrice pour maintenir l'élément radiant parallèlement à la surface conductrice à une distance el de celle-ci de l'ordre de 2 mm et de toute manière inférieure à 5 mm.

La surface conductrice 66 peut être constituée par une plaque

conductrice ou par une métallisation réalisée sur un substrat isolant.

Sur la figure 3, on a représenté, d'une part, une courbe I qui

donne la valeur du ROS d'une antenne de référence en fonction de la fréquence F et, d'autre part, une courbe II qui montre la valeur du ROS (ou WSWR) de l'antenne des figures 2A à 2C en fonction de la fréquence. L'antenne de référence correspondant à la courbe I est une antenne 30 identique à celle qui est représentée sur les figures 2A à 2C à l'exception du fait que la surface conductrice 66 formant alors le plan de masse est dépourvue de la fente 68.

La figure 3 montre clairement que l'antenne de référence correspondant à la courbe I présente une bande passante beaucoup plus 35 réduite et avec une amplification beaucoup plus faible que l'antenne objet

de l'invention correspondant à la courbe II.

En se référant maintenant à la figure 4, on va décrire une première variante de réalisation de l'antenne conforme à l'invention. Dans cette variante, la structure de l'antenne proprement dite est identique à celle qui a été décrite précédemment, mais il vient s'y ajouter une structure mécanique permettant de rendre l'antenne modulaire. La structure mécanique réalisée en un matériau isolant, de préférence une matière plastique moulable qui porte la référence 80 a la forme générale d'un capot avec une paroi supérieure 82 et des quatre parois latérales telles que 84. De préférence, l'élément radiant représenté de façon 10 simplifiée en 86 est moulé à l'intérieur du matériau plastique constituant la paroi supérieure 82. Il peut avoir la forme représentée sur la figure 2B. En regard de la portion 86a de l'élément radiant, la paroi supérieure 82 comporte des évidements 88, 90 de connexion. En outre, la structure mécanique 80 définit un logement 92 dans lequel peut être clipsé ou 15 monté de toute autre manière convenable un organe de connexion double 94. Cet organe 94 a pour fonction de réaliser la connexion d'antenne et le court-circuit. Pour cela, l'organe de connexion 94 comporte deux contacts supérieurs 96 et 98 pénétrant dans les évidements 88 et 90 et deux contacts inférieurs 100 et 102. Dans leur partie inférieure, les parois latérales 84 du capot 80 comporte des surépaisseurs 104 de fixation de la périphérie d'une plaque conductrice 106 qui constitue la surface conductrice. On a représenté de façon simplifier la fente ou les fentes 108 réalisées dans la plaque 106. En outre, la plaque 106 comporte un contact flexible 110 qui pénètre dans le 25 logement 92 pour assurer une connexion électrique avec le contact de

court-circuit 102, et donc une connexion avec l'élément radiant.

Sur la figure 4, on a également représenté une portion de circuit imprimé 112 avec des pistes conductrices 114 constituant, d'une part, une masse électrique et, d'autre part, le conducteur d'antenne. Ces pistes 30 conductrices 114 sont reliées au contact électrique 100 et 102 de

l'élément de connexion 94.

On comprend que l'ensemble constitué par le capot 80 avec son élément de connexion 94 peut être fixé directement sur la surface du circuit imprimé 112 afin de réaliser les connexions électriques déjà 35 mentionnées et la fixation mécanique de ce capot sur le circuit imprimé.

Bien entendu, dans ce mode de réalisation, la distance el entre l'élément radiant 86 et la plaque conductrice 106 est de l'ordre de 2 mm.

Sur la figure 5, on a représenté une deuxième variante de réalisation de l'antenne conforme à l'invention. Celle-ci est réalisée en circuit imprimé 120. Sur cette figure, on a représenté le substrat isolant 122 du circuit imprimé dont l'épaisseur e2 est de l'ordre de 2 mm. Sur une première face 122a du substrat isolant 122, on réalise une première métallisation 124 qui définit l'élément radiant dont la forme peut être par exemple celle qui est représentée sur la figure 2B. Sur la deuxième face 10 122B du substrat isolant 122, on réalise une deuxième métallisation 126 qui constitue la surface conductrice de l'antenne. Cette surface conductrice est bien sre munie d'une ou plusieurs fentes 128 en regard de l'élément radiant 124 et ayant un contour sensiblement identique à celui de l'élément radiant. Le court-circuit est réalisé par un premier trou 15 métallisé 130 traversant le substrat isolant 122 et raccordé à la métallisation 126. Sur la face 122B du substrat isolant 122, on réalise également une autre métallisation 130 constituant le conducteur d'antenne. Le conducteur d'antenne 130 est raccordé à l'élément radiant 124 par un deuxième trou métallisé 134. On obtient ainsi une antenne qui a exactement les mêmes

caractéristiques que celles qui ont été décrites précédemment, à la différence que le diélectrique interposé entre l'élément radiant 124 et la surface conductrice 126 n'est plus l'air mais le matériau dont est constitué le substrat isolant 122 du circuit imprimé.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Antenne à plaque de faible épaisseur, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un élément radiant, - une alimentation d'antenne connectée à l'élément radiant, - une surface conductrice sensiblement parallèle audit élément radiant et disposée à une distance e dudit élément, ladite surface conductrice étant munie d'au moins une fente en regard dudit élément radiant; et - une connexion conductrice entre ladite surface conductrice et ledit

élément radiant.

2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite

fente ou au moins une desdites fentes est ouverte.

3. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,

caractérisée en ce que ledit élément radiant présente une forme spécifique et en ce que ladite fente ou lesdites fentes ont une forme sensiblement identique à ladite forme spécifique de l'élément radiant.

4. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, 20 caractérisée en ce que ladite surface conductrice est constituée par une

plaque conductrice.

5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une structure mécanique isolante sur laquelle sont fixés ledit élément radiant, ladite plaque conductrice et ladite connexion

conductrice.

6. Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite structure mécanique est réalisée en un matériau moulable, en ce qu'elle comprend une portion supérieure dans laquelle est moulé ledit élément radiant.

7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 5 et 6,

caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un composant de connexion monté sur ladite structure mécanique pour relier électriquement ledit élément radiant à l'alimentation d'antenne et pour former un courtcircuit entre ledit élément radiant et une masse.

8. Antenne selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite structure mécanique comprend au moins deux parois latérales sur

lesquelles est fixée ladite plaque conductrice parallèlement audit élément radiant.

9. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un substrat isolant de circuit imprimé,

une première métallisation réalisée sur une première face dudit substrat pour former ledit élément radiant, une deuxième métallisation réalisée sr la deuxième face dudit substrat isolant pour constituer ladite surface conductrice, et deux liaisons électriques traversant ledit substrat pour réaliser ladite connexion électrique et ladite alimentation d'antenne.

10. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,

caractérisée en ce que la fréquence de fonctionnement de l'antenne est inférieure à 2 GHz.