FR2893450A1 - Inverted-F aerial for e.g. global system for mobile communication (GSM) telephone, has radiating element wound around spool made of dielectric material and including metallic sheet with narrow longitudinal groove on sheet's entire length - Google Patents
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Abstract
Description
Antenne en F inversé à élément rayonnant enroulé et téléphone portable laAntenna in inverted F with radiating element wound and mobile phone
comportantcomprising
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
L'invention concerne une antenne en F inversé comportant un élément métallique rayonnant, connecté par une languette de court-circuit à un plan de masse et par une languette d'alimentation à une entrée d'alimentation RF. Elle concerne également un téléphone portable comportant une telle antenne. An inverted F antenna having a radiating metal element connected by a short-circuit tab to a ground plane and a power supply tab to an RF power input. It also relates to a mobile phone having such an antenna.
15 État de la technique15 State of the art
De nombreux dispositifs, notamment les téléphones portables, utilisent une antenne planaire en forme de F inversé, classiquement appelée antenne PIFA ( Planar Inverted-F Antenna ) ou antenne quart d'onde courtcircuitée. Many devices, including mobile phones, use an inverted F-shaped planar antenna, conventionally referred to as a Planar Inverted-F Antenna (PIFA) or a short-circuited quarter-wave antenna.
Comme représenté à la figure 1, une antenne de ce type comporte essentiellement un élément rayonnant 1 métallique, plan, disposé audessus d'un plan de masse d'une plaquette de circuit imprimé 2. L'élément 25 rayonnant 1 est donc parallèle à la plaquette de circuit imprimé 2 et peut en être séparé par un matériau diélectrique 12. L'élément rayonnant 1 est connecté par une languette de court-circuit 3 au plan de masse et par une languette d'alimentation 4 à une entrée d'alimentation RF, par exemple à une piste d'alimentation (non représentée) du circuit imprimé. Les languettes 3 et 30 4 sont des languettes métalliques étroites, parallèles, perpendiculaires au plan du circuit imprimé. Elles sont, de préférence, disposées à proximité d'un10 As shown in FIG. 1, an antenna of this type essentially comprises a plane metal radiating element 1 disposed above a ground plane of a printed circuit board 2. The radiating element 1 is therefore parallel to the printed circuit board 2 and can be separated therefrom by a dielectric material 12. The radiating element 1 is connected by a short-circuit tab 3 to the ground plane and by a supply tongue 4 to an RF power input , for example to a feed track (not shown) of the printed circuit. The tongues 3 and 4 are narrow, parallel metal tongues perpendicular to the plane of the printed circuit. They are preferably arranged near a
coin de l'antenne. Des fentes 5 peuvent éventuellement être formées dans l'élément rayonnant 1, définissant ainsi plusieurs voies de rayonnement, de manière à passer d'une antenne à bande unique à une antenne bi-bande ou, plus généralement, multi-bande. corner of the antenna. Slots 5 may optionally be formed in the radiating element 1, thus defining several radiation paths, so as to pass from a single band antenna to a dual-band antenna or, more generally, multi-band antenna.
Les principales limitations de cette technologie concernent la largeur de bande, limitée à 6 à 8% de la fréquence de résonance, la nécessité de définir un emplacement contrôlé pour le plan de masse, la distance minimale d'environ 6mm nécessaire entre le plan de masse et l'élément rayonnant et le volume de l'antenne, qui reste important par rapport à la taille d'un téléphone portable. À titre d'exemple, les meilleures performances de l'antenne selon la figure 1 sont obtenues avec un élément rayonnant 1 ayant une longueur L de 35mm et une largeur W de 25mm, séparé du plan de masse par une hauteur H de 6mm. Le volume occupé par l'antenne (élément rayonnant 1 et partie de la plaquette de circuit imprimée qu'il surplombe) est alors de 5250mm3. The main limitations of this technology concern the bandwidth, limited to 6 to 8% of the resonance frequency, the need to define a controlled location for the ground plane, the minimum distance of about 6mm required between the ground plane and the radiating element and the volume of the antenna, which remains important compared to the size of a mobile phone. By way of example, the best performance of the antenna according to FIG. 1 is obtained with a radiating element 1 having a length L of 35 mm and a width W of 25 mm, separated from the ground plane by a height H of 6 mm. The volume occupied by the antenna (radiating element 1 and part of the circuit board that it overhangs) is then 5250mm3.
Objet de l'invention L'invention a pour but une antenne ne présentant pas ces inconvénients et, plus particulièrement, une antenne dont le volume est réduit. OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to provide an antenna which does not have these disadvantages and, more particularly, an antenna whose volume is reduced.
Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que l'élément rayonnant est 25 constitué par une feuille métallique enroulée autour d'un axe et formant un élément rayonnant cylindrique ouvert sur toute sa longueur. According to the invention, this object is achieved by the fact that the radiating element is constituted by a metal sheet wound around an axis and forming a cylindrical radiating element open over its entire length.
L'invention a également pour but un téléphone portable comportant une telle antenne. 30 The invention also aims a mobile phone comprising such an antenna. 30
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention given by way of non-limiting example and represented in the accompanying drawings, in which:
La figure 1 illustre une antenne de type PIFA selon l'art antérieur. La figure 2 représente un élément rayonnant d'une antenne selon l'invention, 10 avant enroulement. La figure 3 illustre un mode particulier de réalisation d'une antenne selon l'invention. La figure 4 illustre schématiquement le volume occupé par une antenne selon l'invention. 15 Les figures 5 et 6 illustrent, respectivement en coupe et en vue de dessus, une disposition particulière d'une antenne selon l'invention dans un téléphone portable. La figure 7 illustre schématiquement, en vue de dessus, une disposition préférentielle d'une antenne selon l'invention dans un boîtier articulé ouvert 20 d'un téléphone portable. FIG. 1 illustrates a PIFA type antenna according to the prior art. FIG. 2 represents a radiating element of an antenna according to the invention, before winding. FIG. 3 illustrates a particular embodiment of an antenna according to the invention. Figure 4 schematically illustrates the volume occupied by an antenna according to the invention. Figures 5 and 6 illustrate, respectively in section and in plan view, a particular arrangement of an antenna according to the invention in a mobile phone. Figure 7 schematically illustrates, in top view, a preferred arrangement of an antenna according to the invention in an open articulated housing 20 of a mobile phone.
Description de modes particuliers de réalisation Description of particular embodiments
25 Comme représenté à la figure 2, l'antenne selon l'invention utilise un élément rayonnant 6 constitué par une feuille métallique ayant initialement la même forme générale que l'élément rayonnant 1 de l'antenne planaire en forme de F inversé selon la figure 1. Comme l'élément rayonnant 1, l'élément rayonnant 6 se prolonge, sur un de ses bords longitudinaux 7a, par une 30 languette de court-circuit 3 et une languette d'alimentation 4. Des fentes 5 peuvent également être prévues dans l'élément rayonnant 6. As shown in FIG. 2, the antenna according to the invention uses a radiating element 6 consisting of a metal foil having initially the same general shape as the radiating element 1 of the inverted F-shaped planar antenna according to FIG. 1. Like the radiating element 1, the radiating element 6 extends, on one of its longitudinal edges 7a, by a short-circuit tongue 3 and a feed tongue 4. Slots 5 can also be provided in the radiating element 6.
Comme représenté à la figure 3, la feuille métallique constituant l'élément rayonnant 6 est enroulée autour d'un axe S, parallèle à ses bords longitudinaux 7a et 7b, de manière à former un élément rayonnant cylindrique creux, ouvert longitudinalement, et non un élément rayonnant plan comme dans les antennes de type PIFA classiques. Les bords longitudinaux 7a et 7b de la feuille métallique ne se touchent pas après enroulement, formant ainsi un élément rayonnant cylindrique ouvert longitudinalement, c'est-à-dire comportant une rainure longitudinale 8 sur toute sa longueur. As represented in FIG. 3, the metal sheet constituting the radiating element 6 is wound around an axis S, parallel to its longitudinal edges 7a and 7b, so as to form a hollow cylindrical radiating element, open longitudinally, and not a plane radiating element as in conventional PIFA type antennas. The longitudinal edges 7a and 7b of the metal sheet do not touch after winding, thus forming a cylindrical radiating element open longitudinally, that is to say having a longitudinal groove 8 along its entire length.
Les languettes 3 et 4 sont ensuite connectées respectivement au plan de masse et à une entrée d'alimentation RF d'une plaquette de circuit imprimé 2, l'axe S étant parallèle à un petit côté de la plaque 2 et disposé à proximité d'une extrémité de la plaquette 2, à l'écart de celle-ci. Ainsi, contrairement à l'élément rayonnant plan 1 d'une antenne PIFA selon l'art antérieur, l'élément rayonnant 6 de l'antenne selon l'invention n'est pas disposé au-dessus du plan de masse de la plaquette de circuit imprimé 2, mais à côté de cette plaquette, par exemple sensiblement au même niveau que celle-ci. The tongues 3 and 4 are then respectively connected to the ground plane and to an RF supply input of a printed circuit board 2, the axis S being parallel to a short side of the plate 2 and disposed close to one end of the wafer 2, away from it. Thus, unlike the plane radiating element 1 of a PIFA antenna according to the prior art, the radiating element 6 of the antenna according to the invention is not disposed above the ground plane of the wafer. printed circuit 2, but next to this wafer, for example substantially at the same level as this one.
Le cylindre formé par l'élément rayonnant 6 est creux, l'air ambiant servant d'isolant. Cependant, dans un mode de réalisation préférentiel, l'élément rayonnant 6 est enroulé autour d'un moyeu cylindrique 9, en matériau diélectrique, par exemple en matière plastique ou en céramique. L'antenne est alors plus facile à stocker, sans risque de déformation. Le moyeu 9 comporte, de préférence, sur au moins une partie de sa longueur, une nervure longitudinale 10, délimitant latéralement la rainure 8 de l'élément rayonnant lors de son enroulement. L'épaisseur de la nervure 10 peut éventuellement être variable.30 The cylinder formed by the radiating element 6 is hollow, the ambient air serving as an insulator. However, in a preferred embodiment, the radiating element 6 is wound around a cylindrical hub 9, of dielectric material, for example plastic or ceramic. The antenna is then easier to store, without risk of deformation. The hub 9 preferably comprises, over at least a part of its length, a longitudinal rib 10, laterally delimiting the groove 8 of the radiating element during its winding. The thickness of the rib 10 may be variable.
L'antenne ainsi obtenue est beaucoup plus compacte qu'une antenne en F inversé planaire, sans en modifier fondamentalement le fonctionnement. À titre d'exemple, l'élément rayonnant 6 peut avantageusement avoir un diamètre D de 5 à 8mm et une longueur de 28 à 36mm. Comme dans l'art antérieur, l'élément rayonnant 6 peut comporter des fentes 5, définissant plusieurs voies de rayonnement. The antenna thus obtained is much more compact than an antenna in planar inverted F, without fundamentally modifying the operation. For example, the radiating element 6 may advantageously have a diameter D of 5 to 8 mm and a length of 28 to 36 mm. As in the prior art, the radiating element 6 may comprise slots 5, defining a plurality of radiation paths.
Les caractéristiques d'une antenne de type PIFA sont améliorées par l'antenne selon l'invention. En effet, la largeur de bande peut atteindre 15% io de la fréquence de résonance et l'antenne est peu sensible à la position et aux dimensions du plan de masse. Par ailleurs, la distance d minimale entre le plan de masse et l'antenne, c'est-à-dire la distance minimale entre l'extrémité de la plaquette 2 et la paroi la plus proche de l'élément rayonnant 6 (voir fig.4) peut être réduite à 2mm, tout en conservant des performances 15 satisfaisantes. Le volume équivalent V de l'antenne est fortement réduit. À titre d'exemple, un élément rayonnant 6 enroulé de même dimensions que l'élément rayonnant 1 précité (L=35mm, W=25mm, soit un volume de 5250mm3), c'est-à-dire un élément 6 de diamètre D=8mm et de 35mm de long, disposé à une distance d de 2mm de l'extrémité de la plaquette 2, peut 20 occuper un volume V de l'ordre de 2320mm3 ((nR2 + 2x8)35), soit un volume au moins 2 fois plus petit. The characteristics of a PIFA type antenna are improved by the antenna according to the invention. Indeed, the bandwidth can reach 15% of the resonance frequency and the antenna is insensitive to the position and the dimensions of the ground plane. Moreover, the minimum distance d between the ground plane and the antenna, that is to say the minimum distance between the end of the wafer 2 and the wall closest to the radiating element 6 (see fig. .4) can be reduced to 2mm, while maintaining satisfactory performance. The equivalent volume V of the antenna is greatly reduced. By way of example, a radiating element 6 wound with the same dimensions as the aforementioned radiating element 1 (L = 35 mm, W = 25 mm, ie a volume of 5250 mm 3), that is to say an element 6 of diameter D = 8mm and 35mm long, placed at a distance d of 2mm from the end of the wafer 2, can occupy a volume V of the order of 2320mm3 ((nR2 + 2x8) 35), ie at least one volume 2 times smaller.
Il est ainsi possible de réaliser, dans un volume réduit, une antenne en F inversé ayant une bande passante élargie et, éventuellement, une antenne 25 pouvant couvrir les 4 bandes utilisées dans les téléphones GSM. It is thus possible to produce, in a reduced volume, an inverted F antenna having an enlarged bandwidth and, possibly, an antenna 25 that can cover the 4 bands used in the GSM phones.
Sa forme arrondie et ses dimensions réduites facilitent l'intégration de l'antenne dans un téléphone portable de petite dimension, comme illustré sur les figures 5 à 7. En effet, l'élément réfléchissant 6 peut facilement être 30 disposé dans le boîtier 11 d'un téléphone portable, plus particulièrement lorsque le boîtier présente une extrémité de section arrondie comme sur la Its rounded shape and its small dimensions facilitate the integration of the antenna in a small-sized mobile phone, as illustrated in FIGS. 5 to 7. Indeed, the reflecting element 6 can easily be placed in the housing 11. a mobile phone, more particularly when the case has a rounded end of section as on the
figure 5. L'antenne est alors disposée à cette extrémité arrondie, de manière à ce que l'axe S coïncide avec l'axe de révolution de l'extrémité arrondie. Le moyeu 9 peut éventuellement être remplacé par deux pivots solidaires du boîtier et pénétrant chacun dans l'une des extrémités de l'élément rayonnant cylindrique creux 6. Figure 5. The antenna is then disposed at this rounded end, so that the axis S coincides with the axis of revolution of the rounded end. The hub 9 may possibly be replaced by two pivots integral with the housing and each penetrating into one end of the hollow cylindrical radiating element 6.
Dans un mode de réalisation préférentiel, illustré à la figure 6, les extrémités de l'élément rayonnant 6 et, éventuellement du moyeu 9, sont découpées en biais par rapport à l'axe S, de manière à permettre son logement dans un boîtier dont l'extrémité de logement de l'antenne a des bords latéraux arrondis. Cette découpe permet de donner au boîtier une forme esthétique, sans modifier les caractéristiques émettrices et réceptrices de l'antenne. In a preferred embodiment, illustrated in FIG. 6, the ends of the radiating element 6 and, possibly of the hub 9, are cut obliquely with respect to the axis S, so as to allow it to be housed in a housing of which the housing end of the antenna has rounded side edges. This cutout makes it possible to give the casing an aesthetic shape, without modifying the transmitting and receiving characteristics of the antenna.
De nombreux téléphones portables comportent un boîtier en deux parties 11 a et 11 b articulées autour d'un axe. Comme représenté à la figure 7, l'élément rayonnant cylindrique 6 est alors, de préférence, disposé dans le boîtier de manière à ce que son axe S constitue cet axe d'articulation. La charnière constituant l'axe d'articulation des deux parties du boîtier peut alors comporter des extrémités en saillie du moyeu 9 ou deux pivots solidaires d'une des parties du boîtier et servant de gonds pénétrant dans les deux extrémités de l'élément rayonnant cylindrique creux 6. Many mobile phones have a housing in two parts 11a and 11b articulated about an axis. As shown in FIG. 7, the cylindrical radiating element 6 is then preferably disposed in the housing so that its axis S constitutes this axis of articulation. The hinge constituting the axis of articulation of the two parts of the housing may then have ends projecting from the hub 9 or two pivots integral with one of the housing parts and serving as hinges penetrating into both ends of the cylindrical radiating element hollow 6.
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