FR3096514A1

FR3096514A1 - circuit imprimé comportant plusieurs antennes d’excitation et une antenne parasite, et procédé de fabrication du circuit imprimé.

Info

Publication number: FR3096514A1
Application number: FR1905448A
Authority: FR
Inventors: Fabien Ferrero; Alain CALDERONE; Eric Bonneau
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Orange SA; Universite de Nice Sophia Antipolis UNSA
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Orange SA; Universite de Nice Sophia Antipolis UNSA
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2020-11-27
Anticipated expiration: 2039-05-23
Also published as: FR3096514B1

Abstract

Circuit imprimé et procédé de fabrication d’un circuit imprimé Le circuit imprimé ayant une forme parallélépipédique, comportant une antenne monopole, dite d’excitation, et pouvant être compris dans une sphère ayant un rayon r vérifiant : où λ est une longueur d’onde correspondant à une fréquence centrale d’émission d’un signal radio, ledit circuit comprenant en outre : - un plan de masse ayant une empreinte rectangulaire dont les côtés sont parallèles à ceux du circuit ; - un module de communication placé sur le plan de masse, ayant un port de communication relié électriquement à l’antenne d’excitation, et étant configuré pour recevoir et/ou émettre un signal radio via l’antenne d’excitation; et - une antenne, dite antenne parasite, non connectée à un module de communication ; l’antenne d’excitation ayant une empreinte rectangulaire située entre l’empreinte du plan de masse et un premier bord du circuit parallèlement à ce bord, la distance entre le centre de gravité de l’empreinte d’antenne et la normale au premier bord passant par son milieu étant inférieure ou égale à 10% de la longueur du premier bord ; et l’antenne parasite ayant une empreinte rectangulaire située entre l’empreinte du plan de masse et un deuxième bord du circuit, perpendiculaire au premier bord, parallèlement à ce deuxième bord, la distance entre le centre de gravité de l’empreinte de cette antenne et la normale au deuxième bord passant par son milieu étant inférieure ou égale à 10% de la longueur du deuxième bord. Figure pour l’abrégé : Fig. 1A.

Description

Description Titre de l'invention : circuit imprimé comportant plusieurs antennes d'excitation et une antenne parasite, et procédé de fabrication du circuit imprimé.

Technique antérieure 100011 L'invention se rapporte au domaine général des télécommunications.

Elle concerne plus particulièrement le domaine des antennes radioélectriques monopoles imprimées sur des circuits intégrés dans des dispositifs communicants.

100021 On désigne par un circuit intégré, une carte ou un circuit électrique imprimé, comportant un substrat et une ou plusieurs couches conductrices.

100031 Parce que les dimensions d'un circuit intégré sont limitées par les dimensions du dispositif qui intègre ce circuit, la fabrication d'une antenne radioélectrique sur un circuit intégré pose des contraintes supplémentaires par rapport aux autres types d'antennes radioélectriques connues par l'homme du métier (antennes en réseaux, antennes à réflecteurs, paraboliques, etc.).

100041 En effet, les dimensions limitées d'un circuit intégré constituent une contrainte en ce qui concerne la largeur de la bande passante pouvant être couverte par une antenne comprise dans ce circuit.

A titre indicatif, pour une antenne plane comprise dans un circuit intégré. plus elle est longue, plus sa bande passante est large.

[0005] Il est donc difficile de dimensionner une antenne (déterminer sa forme et son em- placement) pour pouvoir couvrir une bande passante souhaitée tout en respectant la contrainte de l'espace limité disponible sur le circuit intégré.

[0006] Une première solution consiste à agrandir les dimensions du circuit intégré et celles du dispositif dans lequel le circuit est intégré, pour que le circuit intégré comprenne une antenne qui couvre la bande passante souhaitée.

Cependant cette solution n'est pas toujours envisageable.

[0007] Une autre solution connue de l'art antérieur consiste à installer sur le circuit intégré une antenne parasite en plus de la première antenne, dite d'excitation.

Cette solution permet de créer un couplage électromagnétique (des interférences) entre l'antenne parasite et l'antenne d'excitation pour que l'ensemble de ces deux antennes couvre la bande passante souhaitée, l'antenne d'excitation seule ne permettant pas de couvrir cette bande.

[0008] On rappelle qu'une antenne est dite parasite lorsqu'elle comporte au moins un élément parasite. c'est-à-dire un élément qui n'est pas excité par un module de communication niais qui est excité par couplage.

L'antenne parasite permet de perturber suffisamment le rayonnement de l'antenne d'excitation pour agir sur le rayonnement 2 global de l'ensemble des deux antennes, d'excitation et parasite.

[0009] Cependant, le principe de fonctionnement de cette solution est basé sur une bonne connaissance des couplages électromagnétiques entre les antennes.

En effet, cette solution exige que la fréquence centrale de résonnance de l'antenne parasite soit proche de celle de l'antenne d'excitation de sorte à ce que les deux antennes se couplent.

La conjonction des bandes passantes couvertes par chacune des antennes résulte, grâce au couplage, en une bande passante plus large que celle de l'antenne d'excitation.

[0010] Cette solution de l'art antérieur présente des difficultés de dimensionnement de l'antenne parasite pour la coupler avec l'antenne d'excitation, en plus des difficultés de dimensionner-rient de l'antenne d'excitation.

De plus, le positionnement et la géométrie de l'antenne parasite par rapport à l'antenne d'excitation ne sont pas maîtrisés.

[0011] Il existe donc un besoin pour une antenne sur un circuit intégré permettant de couvrir une bande passante souhaitée et qui ne présente pas les inconvénients des solutions de l'art antérieur.

Exposé de l'invention

[0012] L'invention vise un circuit imprimé ayant une forme parallélépipédique, comportant une antenne monopole, dite d'excitation, et pouvant être compris dans une sphère ayant un rayon r vérifiant : [Math. 11 r ?1/4 '4.ur où X est une longueur d'onde correspondant à une fréquence centrale d'émission d'un signal radio.

Le circuit selon l'invention comprend en outre : - un plan de masse ayant une empreinte rectangulaire dont les côtés sont parallèles à ceux du circuit imprimé ; - au moins un modifie de communication placé sur le plan de masse du circuit, ayant un port de communication relié électriquement à l'antenne d'excitation , et étant configure pour recevoir et/ou émettre un signal radio de la longueur d'onde X via l'antenne d'excitation; et - une antenne connectée au plan de masse, dite antenne parasite, non connectée à un module de communication ; l'antenne d'excitation ayant une empreinte rectangulaire située entre l'empreinte du plan de masse et un premier bord du circuit parallèlement à ce bord, la distance entre le centre de gravité de l'empreinte de l'antenne d'excitation et la normale au premier bord passant par son milieu étant inférieure ou égale à 10% de la longueur du premier bord ; et l'antenne parasite ayant une empreinte rectangulaire située entre l'empreinte du plan de masse et un deuxième bord du circuit, perpendiculaire au premier bord, paral- 3 lèlement à ce deuxième bord, la distance entre le centre de gravité de l'empreinte de l'antenne parasite et la normale au deuxième bord passant par son milieu étant inférieure ou égale à 10% de la longueur du deuxième bord.

[0013] On rappelle que le plan de niasse est constitué d'au moins une zone uniformément métallisée d'une couche du circuit imprimé qui sert de référence dc potentiel électrique au circuit imprimé et à tous les circuits d'un terminal comportant ce circuit imprimé .

L'ensemble des composants électroniques est généralement placé au-dessus de cette zone.

En particulier, pour la présente invention, le ou les modules dc communication sont placés au-dessus du plan de niasse et utilisent le plan de masse comme référence électrique.

[0014] En particulier, dans un circuit imprimé qui comporte plusieurs couches, une couche est dédiée au plan de masse (en général une couche intercalaire) et les autres couches sont gravées pour accueillir les différents composants, tels que le ou les modules de communication pour la présente invention.

[0015] Dans la présente description, on désigne par un composant « placé sur le plan de niasse », un composant placé au-dessus du plan de niasse et utilisant ce plan de masse comme référence électrique.

[0016] Au sens de l'invention, un circuit imprimé est un circuit électrique intégré dans un dispositif de communication sans fil, tel qu'un téléphone, un ordinateur, une montre connectée ou un traceur de position.

Un circuit imprimé conforme à l'invention est un circuit de type PCB (pour « Printed Circuit Board » en anglais).

[0017] Le circuit imprimé conforme à l'invention peut avoir des angles droits ou des angles presque droits (par exemple entre 85 et 95°).

[0018] Selon l'invention, les surfaces formées par la longueur et la largeur du circuit imprimé ont une forme rectangulaire.

[0019] Conformément à l'invention, la hauteur du circuit imprimé est inférieure à sa longueur et à sa largeur.

[0020] Préférentiellement, la différence entre la longueur et la largeur du circuit imprimé est inférieure ou égale à 20%.

Autrement dit, la largeur est au moins égale à 80% de la longueur.

En particulier, la longueur et la largeur peuvent être égales.

[0021] On rappelle qu'une antenne monopole est une antenne ayant un seul élément ré- sonateur.

[0022] On rappelle qu'une antenne est considérée comme électriquement petite en fonction de sa taille globale ou de son volume occupé par rapport à la longueur d'onde X de la fréquence la plus basse utilisée par l'antenne, fréquence généralement spécifiée par une norme de communication mise en oeuvre par l'antenne.

Une petite antenne est celle où : [Math. 2] k x a -±z 1 / 2 , où k est le numéro d'onde d'espace libre pouvant être défini par : [Math. 3] k = 2îr / N, et a est le rayon d'une sphère imaginaire circonscrivant les dimensions maximales de l'antenne.

[0023] En particulier, lorsque la norme de communication utilisée par l'antenne comporte plusieurs bandes fréquentielles, la longueur d'onde X considérée dans l'inéquation (1) correspond à la fréquence de communication la plus basse des dites bandes utilisées par l'antenne (la longueur d'onde k considérée étant alors la plus grande longueur d'onde de ces bandes).

[0024] L'antenne d'excitation selon l'invention étant comprise dans le circuit imprimé conforme à l'invention, le circuit imprimé peut être compris dans une sphère fictive ayant un rayon r vérifiant l'inéquation (1) : r<= k/4

[0025] En particulier, lorsque le circuit imprimé selon l'invention permet de communiquer, via ses antennes, conformément à plusieurs normes de communication sans fil, la longueur d'onde X. considérée dans l'inéquation (1) est la plus grande longueur d'onde parmi les longueurs d'onde desdites normes pour les bandes de fréquence considérées.

[0026] On rappelle qu'une longueur d'onde d'une norme correspond à une fréquence centrale d'émission conformément à cette norme et qu'au moins une des antennes du circuit imprimé est conçue pour résonner à une fréquence dite fréquence de résonance et adaptée en impédance et couplée pour générer un rayonnement maximal sur la bande correspondant à cette fréquence centrale d'émission.

[0027] Conformément à l'invention, l'antenne d'excitation est reliée électriquement au module de communication via un port de communication de ce module.

Le module de communication utilise le port de communication pour émettre ou recevoir un signal radio via l'antenne d'excitation.

[0028] Au sens de l'invention, ledit au moins un module de communication peut être relié à l'antenne d'excitation via un ou plusieurs ports de communication.

[0029] Au sens de l'invention, ledit au moins un module de communication peut comporter plusieurs ports de communication, chaque port étant dédié pour une norme de communication sans fil, ou dédié pour une antenne d'excitation (si le circuit imprimé comporte plusieurs antennes (l'excitation).

[0030] Dans un mode de réalisation de l'invention, le circuit imprimé conforme à l'invention comporte en outre un ou des modules d'excitation (feeding module) pour exciter au moins l'antenne d'excitation via le au moins un module de communication.

Le module de communication a un port d'excitation qui lui permet de se connecter au module d'excitation.

Selon une alternative, le module d'excitation et le module de communication sont un même module.

[0031] Conformément à l'invention, l'antenne parasite n'est connectée à aucun module de communication.

[0032] Au sens de l'invention, l'empreinte rectangulaire du plan de masse est le plus petit rectangle qui comporte le plan de niasse dans son intégralité.

De même, l'empreinte rectangulaire de l'antenne d'excitation (ou de l'antenne parasite) est le plus petit rectangle qui comporte cette antenne dans son intégralité.

[0033] L'empreinte du plan de masse et l'empreinte d'une antenne (d'excitation ou parasite) peuvent se chevaucher.

On comprend que le plan de masse définit sur le circuit imprimé deux bandes principales perpendiculaires entre elles.

L'antenne d'excitation et l'antenne parasite sont chacune situées dans une de ces deux bandes principales.

[0034] On rappelle que, vu la forme rectangulaire du circuit imprimé, la normale au premier bord passant par son milieu et la normale au deuxième bord passant par son milieu constituent deux axes de symétrie du circuit imprimé, ces axes étant perpendiculaires entre eux.

[0035] Comme les empreintes des antennes d'excitation et parasite sont situées sur les deux bandes précitées du circuit intégré, perpendiculaires entre elles, les trajets de courants générés par ces antennes sont perpendiculaires dans au moins une zone du plan de niasse.

[0036] Le fait que les trajets de courants générés par l'antenne d'excitation et l'antenne parasite soient perpendiculaires en au moins une zone du plan de masse permet d'exciter deux modes orthogonaux de résonnance et d'élargir la bande passante couverte par l'ensemble des deux antennes couplées : l'antenne d'excitation et l'antenne parasite.

[0037] En effet, la bande passante couverte par l'ensemble des deux antennes est plus large lorsque les modes de résonnance sont orthogonaux (en comparaison avec des modes non orthogonaux entre eux).

[0038] L'invention présente alors une solution qui permet d'élargir la bande passante tout en se limitant aux contraintes de dimensions du circuit imprimé.

[0039] Aussi, l'invention facilite le positionnement des antennes d'excitation et parasite, l'une par rapport à l'autre, en proposant de les placer le long de deux bords perpendiculaires entre eux (le premier et le deuxième bord au sens de l'invention) et de les centrer autour des axes de symétrie du circuit imprimé (avec la marge de 10% de la longueur du bord concerné).

[0040] L'orthogonalité des modes de résonnance permet de limiter les courants en op- position de phase générés par les antennes d'excitation et parasite qui limitent les efficacités de rayonnement.

Ainsi, l'invention permet d'améliorer, par rapport aux solutions de l'art antérieur, l'efficacité de rayonnement de l'ensemble comportant l'antenne d'excitation et l'antenne parasite.

[0041] Les antennes d'excitation et parasite sont positionnées selon l'invention de façon à ce 6 que les trajets de courants générés par ces antennes soient perpendiculaires entre eux.

[0042] Dans un mode de réalisation, le plan de niasse est situé dans un coin du circuit imprimé : il a deux bords superposés avec ou à proximité de deux bords perpendiculaires du circuit imprimé.

Dans ce mode, les deux bandes principales définies précédemment correspondent aux deux zones du circuit imprimé non occupées par l'empreinte du plan de niasse.

[0043] Dans un autre mode, le plan de masse occupe un coin du circuit imprimé en laissant une ou deux bandes marginales, en plus des bandes principales.

Les bandes principales ont une surface plus grande que celle de la ou les bandes marginales.

[0044] Dans un mode de réalisation de l'invention, le circuit imprimé conforme à l'invention comporte en outre un module d'adaptation placé sur le plan de niasse et situé en série entre l'antenne d'excitation et le module de communication, le module d'adaptation étant configuré pour adapter une impédance d'entrée de l'antenne d'excitation à une impédance du module de communication.

[0045] Le module d'adaptation permet de minimiser les pertes de transfert d'énergie au niveau du port de connexion de l'antenne d'excitation au module de communication.

L'impédance d'entrée de l'antenne d'excitation peut être de l'ordre de 50 Ohm, la considération de cette valeur étant utilisée fréquemment en pratique, compte tenu des caractéristiques des modules d'excitation fréquemment utilisés et disponibles sur le marché.

[0046] Alternativement, le circuit conforme à l'invention peut comporter un module d'adaptation correspondant à plusieurs modules de communication dudit circuit.

Dans ce cas, les modules de communication sont connectés en parallèle et le module d'adaptation est connecté en série avec tous ces modules de communication.

[0047] Alternativement, le circuit conforme à l'invention peut comporter plusieurs modules d'adaptation, chacun correspondant à un module de communication.

[0048] Dans un mode de réalisation, le circuit imprimé conforme à l'invention comporte en outre : - une troisième antenne reliée électriquement à un port de communication d'un module de communication et placée en dehors du plan de masse; et - au moins un module de filtrage, placé sur le plan de masse, parmi : -- un premier module de filtrage situé en série entre l'antenne d'excitation et ledit au moins un module de communication relié électriquement à l'antenne d'excitation, ce premier module de filtrage étant configuré pour éliminer des signaux de couplage de la troisième antenne avec l'antenne d'excitation ; et -- un deuxième module de filtrage situé en série entre l'antenne parasite et le plan de masse et configuré pour éliminer des signaux de couplage de la troisième antenne avec l'antenne parasite. 7

[0049] Conformément à l'invention, la troisième antenne peut être reliée électriquement à un même module de communication que l'antenne d'excitation, ou à un autre module de communication non relié électriquement à l'antenne d'excitation.

[0050] Dans un mode de réalisation, la troisième antenne est située en dehors d'au moins une empreinte parmi l'empreinte du plan de masse, l'empreinte de l'antenne d'excitation et l'empreinte de l'antenne parasite.

[0051] Dans un mode de réalisation, la troisième antenne est située en dehors du plan de niasse mais à l'intérieur (au moins partiellement) de l'empreinte du plan de masse.

[0052] Le premier (respectivement le deuxième) module de filtrage permet de filtrer des fréquences de résonnance indésirables qui affectent le fonctionnement souhaité de l'antenne d'excitation (respectivement de l'antenne parasite), en particulier en réduisant la bande passante couverte par cette antenne.

[0053] Conformément à l'invention, le circuit imprimé peut comporter le premier module de filtrage uniquement, ou le deuxième module de filtrage uniquement, ou le premier et le deuxième module de filtrage.

[0054] Dans un mode de réalisation, le circuit imprimé selon l'invention comporte un module qui constitue à la fois un module d'adaptation au sens de l'invention, et un premier module de filtrage au sens de l'invention.

Autrement dit, le module d'adaptation comporte un premier module de filtrage au sens de l'invention.

[0055] Dans un mode de réalisation, l'empreinte du plan de masse comporte l'ensemble des composants du circuit imprimé à l'exception des antennes (l'antenne d'excitation, l'antenne parasite et éventuellement la troisième antenne).

[0056] Dans un mode de réalisation, ledit au moins un module de communication relié élec- triquement à l'antenne d'excitation, communique conformément à au moins une norme parmi 3GPP LTE (pour « Long Term Evolution » en anglais), GSM (pour « Global System for Mobile Communications »), GPS (pour « Global Positioning System »), IEEE802.11 dite WiFi (pour « Wireless Fidelity ») et BLE (pour « Bluetooth Low Energy »).

Cette liste de normes n'est pas limitative.

Un dit signal radio émis ou reçu par le module de communication correspondant est conforme à au moins une de ces normes ((lit autrement ce module de communication communique).

[0057] Ainsi, l'invention ne présente pas de limite en terme de bande passante couverte par chacune des antennes, d'excitation et parasite.

Cependant, l'invention vise à ce que l'ensemble de ces deux antennes couvre une bande passante souhaitée.

[0058] Dans un mode de réalisation, l'antenne d'excitation et l'antenne parasite couvrent ensemble une bande passante correspondant à une seule norme de communication sans fil.

[0059] Dans un autre mode, l'antenne d'excitation et l'antenne parasite couvrent ensemble une bande passante correspondant à plusieurs (deux ou plus) normes de commu- 8 nication sans fil, peu importe les normes de communication couvertes par chacune de ces antennes.

[0060] Dans un autre mode, l'antenne d'excitation couvre une bande passante correspondant à une première norme et l'antenne parasite couvre une bande passante correspondant à une deuxième norme.

[0061] Dans un mode de réalisation, l'antenne d'excitation et l'antenne parasite sont des antennes planaires, connues également sous le nom d'antennes « imprimées ».

On rappelle qu'une antenne planaire est une antenne d'épaisseur négligeable par rapport aux deux autres dimensions de l'antenne.

Une telle antenne peut être imprimée sur un circuit imprimé planaire, une telle antenne est dite de type « patch ».

[0062] L'invention est donc adaptée pour permettre l'incorporation du circuit imprimé conforme à l'invention dans des dispositifs communicants de formes vraisemblablement parallélépipédiques, tels que des téléphones de type smartphone et des tablettes électroniques.

[0063] Corrélativement, l' invention vise un procédé de fabrication d'un circuit imprimé comportant une antenne monopole, dite d'excitation, le circuit imprimé ayant une forme parallélépipédique et pouvant être compris dans une sphère d'un rayon r vérifiant : r N / 4-rr où 7, est une longueur d'onde correspondant à une fréquence centrale d'émission d'un signal radio, le circuit comprenant en outre : - un plan de masse ayant une empreinte rectangulaire dont les côtés sont parallèles à ceux du circuit imprimé ; - au moins un module de communication placé sur le plan de masse du circuit et ayant un port de communication relié électriquement à l'antenne d'excitation, cet au moins un module étant configuré pour recevoir et/ou émettre un signal radio de la longueur d'onde X via l'antenne d'excitation ; le procédé selon l'invention comprenant : - une étape de détermination d'une zone disponible sur le circuit imprimé pour y imprimer l'antenne d'excitation, en dehors du plan de masse ; - au moins une étape de détermination, sur ladite zone disponible, d'une géométrie et d'un emplacement pour l'antenne d'excitation et d'une géométrie et d'un emplacement pour une antenne, dite antenne parasite, non connectée à un module de communication; l'antenne d'excitation ayant une empreinte rectangulaire située entre l'empreinte du plan de masse et un premier bord du circuit parallèlement à ce bord ; la distance entre le centre de gravité de l'empreinte de cette antenne d'excitation et la normale au premier bord passant par son milieu étant inférieure ou égale à 10% de la longueur du premier bord ; et 9 l'antenne parasite ayant une empreinte rectangulaire située entre l'empreinte du plan de masse et un deuxième bord du circuit, perpendiculaire au premier bord, parallèlement à ce deuxième bord ; la distance entre le centre de gravité de l'empreinte de cette antenne parasite et la normale au deuxième bord passant par son milieu étant inférieure ou égale à 10% de la longueur du deuxième bord ; et - une étape d'impression de l'antenne d'excitation et de l'antenne parasite sur le circuit imprimé.

[0064] Les caractéristiques et avantages du circuit imprimé selon l'invention déjà présentés s'appliquent de la même façon au procédé de fabrication selon l'invention et vice versa.

[0065] Au sens de l'invention, le procédé de fabrication peut comporter une ou plusieurs étapes de détermination des géométries et emplacements des antennes, jusqu'à ce que les trajets de courants générés par les antennes d'excitation et parasite soient perpendiculaires dans le plan de masse.

[0066] Au sens de l'invention, le procédé de fabrication peut comporter une ou plusieurs étapes de détermination des géométries et emplacements des antennes, chaque étape comportant une simulation numérique de la bande passante pouvant être couverte par l'ensemble de l'antenne d'excitation et de l'antenne parasite.

La détermination des géométries et emplacements peut être répétée jusqu'à cc que la bande passante couverte par l'ensemble des antennes soit la plus proche possible de la bande souhaitée.

Brève description des dessins

[0067] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la des- cription faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif.

Sur les figures : [fig.

1A-113] la figure I A illustre une architecture matérielle d'un circuit imprimé conforme à l'invention, selon un premier mode dc réalisation de l'invention; la figure I B illustre le circuit imprimé dc la figure I A avant la pose de ses composants ; [fig.2] la figure 2 illustre une architecture matérielle d'un circuit imprimé conforme à l'invention, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; [fig.3] la figure 3 est un organigramme représentant des étapes d'un procédé de fa- brication, conforme à l'invention, mis en oeuvre selon un mode de réalisation ; [fig.4] la figure 4 présente des architectures matérielles de modules d'adaptation et de filtrage compris dans un circuit imprimé conforme à l'invention, selon le mode de réalisation présenté par les figures lA et 1B; [fig.5] la figure 5 présente l'apport, en terme d'efficacité de rayonnement, du module d'adaptation et de filtrage relié électriquement à l'antenne d'excitation et illustré par la figure 4 ; Ifig.61 la figure 6 présente l'apport, en terme du paramètre de réflexion S11 de l'antenne d'excitation, du module d'adaptation et de filtrage relié électriquement à l'antenne d'excitation et illustré par la figure 4 ; Ifig.71 la figure 7 présente l'évolution de l'efficacité de rayonnement en fonction de la fréquence, en utilisant les modules d'adaptation et de filtrage illustrés par la figure 4 ; Ifig.81 la figure 8 présente une comparaison en terme d'efficacité de rayonnement entre l'invention, selon le mode de réalisation illustré par les figures 1A, 1B et 4, et une solution de l'art antérieur ; Ifig.91 la figure 9 présente une architecture matérielle d'un circuit imprimé selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; et Ifig.101 la figure 10 présente l'évolution de l'efficacité de rayonnement en fonction de la fréquence, pour des antennes compris dans le circuit de la figure 9.

Description des modes de réalisation

[0068] De façon connue par un homme du métier, un circuit imprimé comporte un plan de niasse, qui constitue une partie conductrice, et un substrat qui constitue une partie isolatrice.

[0069] La figure I A illustre une architecture matérielle d'un circuit imprimé Cl conforme à l'invention, selon un mode de réalisation de l'invention.

[0070] Le circuit imprimé CI comporte un substrat (présenté en blanc) et un plan de masse GND (partie hachurée).

[0071] La figure I B présente le circuit Cl vierge, avant la pose de ses composants, tandis que la figure 1A présente le circuit imprimé CI y compris ses composants.

[0072] Conformément à l'invention, le circuit imprimé CI a une forme parallélépipédique avec des angles droits, ou presque droits.

La surface principale du circuit imprimé est rectangulaire.

[0073] De préférence, la différence entre la longueur L et la largeur 1 du circuit imprimé ne dépasse pas un ratio de 20%.

[0074] Dans ce mode, le circuit imprimé CI est de longueur L de 50 mm, de largeur 1 de 50 min et de hauteur de 10 mm.

[0075] Sur la figure 1B, on distingue une empreinte rectangulaire E-GND du plan de masse GND, et deux bandes B1 et B2 perpendiculaires entre elles, dites bandes principales.

Les bandes principales B1 et B2 se chevauchent dans un coin du ch-cuit imprimé CI.

[0076] Dans le mode décrit ici, le ch-cuit imprimé CI comporte une antenne d'excitation Al ayant une empreinte rectangulaire EMP1 placée dans la bande Bi.

L'empreinte EMP1 est située dans la bande Bi, entre l'empreinte E-GND du plan de masse et un premier 11 bord Cl du circuit.

Les côtés de l'empreinte EMP1 dc l'antenne Al sont parallèles à ceux du circuit imprimé CI.

[0077] L'antenne d'excitation Al est reliée électriquement à un premier module de commu- nication COM1 pour émettre et recevoir un signal radio conforme aux normes de communication sans fil LTE (communication cellulaire de 4fie génération, 4G) et GSM (communication cellulaire de 2,nie génération, 2G).

Le premier module de communication COM1 est placé sur le plan de masse GND.

Il est configure pour recevoir et émettre un signal radio comportant des données via l'antenne d'excitation Al conformément aux normes de communication LTE et GSM.

Nous rappelons que les bandes des normes LTE et GSM sont voisines.

Cependant, il est envisageable qu'au moins une antenne parmi les antennes Al et AP résonne à plusieurs fréquences appartenant à des bandes plus éloignées.

[0078] Le circuit imprimé CI comporte aussi une antenne parasite AP ayant une empreinte rectangulaire EMP-P placée dans la bande B2.

L'empreinte EMP-P est située dans la bande B2, entre l'empreinte E-GND du plan de masse et un deuxième bord C2 du circuit, perpendiculaire au premier bord Cl.

Les côtés de l'empreinte EMP-P de l'antenne parasite AP sont parallèles à ceux du circuit imprimé CI.

[0079] L'antenne parasite AP est connectée au plan de masse GND.

Cette antenne parasite AP n'est reliée à aucun module de communication.

Cependant, elle est excitée par couplage électromagnétique avec l'antenne d'excitation Al.

[0080] Les axes de symétrie X et Y du circuit imprimé CI, présentés sur les figures 1A et 1B, sont les normales au premier et au deuxième bord Cl et C2, passant par leurs milieux.

[0081] La distance entre le centre de gravité SG1 de l'empreinte EMP1 et l'axe de symétrie X est inférieure ou égale à 10% de la longueur L.

[0082] La distance entre le centre de gravité SU-P de l'empreinte EMP-P et l'axe de symétrie Y est inférieure ou égale à 10% de la largeur 1.

[0083] Dans le mode décrit ici, le plan de masse GND du circuit CI a une forme carrée de dimensions 40 't 40 mnf Le plan de masse GND peut être considéré planaire vu que son épaisseur est négligeable par rapport à ses deux autres dimensions.

[0084] Dans le mode décrit ici, l'ensemble des deux antennes AI et AP couvrent une bande passante correspondant aux normes LTE et GSM.

[0085] Dans ce mode de réalisation, le circuit imprimé CI comporte aussi une troisième antenne A3 connectée à un module de communication COM3, dit troisième module de communication, placé sur le plan de masse GND.

Ce troisième module de communication COM3 est configuré pour recevoir et émettre un signal radio comportant des données via la troisième antenne A3 conformément aux normes de communication WiFi et BLE. 12

[0086] Dans ce mode, le circuit imprimé Cl comporte également une quatrième antenne A4 connectée à un module de communication COM4, dit quatrième module de communication, placé sur le plan de masse GND.

Cc quatrième module de communication COM4 est configure pour recevoir et émettre un signal radio comportant des données via la quatrième antenne A4 conformément à la norme de communication GPS.

[0087] La troisième antenne A3 et la quatrième antenne A4 se situent en dehors du plan de niasse.

[0088] Dans un mode de réalisation, la troisième antenne A3 et/ou la quatrième antenne A4 se situe en dehors d'une empreinte parmi l'empreinte E-GND du plan de masse GND, l'empreinte EMP1 de l'antenne d'excitation Al et l'empreinte EMP-P de l'antenne parasite AP.

[0089] Dans le mode décrit ici, le circuit CI couvre les bandes suivantes : - bande LTE-GSM : 790-960 MHz; - bande GPS: 1570-1600 MHz; et - bande WiFi-BLE : 2400-2480 MHz.

[0090] Le circuit imprimé Cl comporte aussi un module d'excitation (feeding module) ALIM configure pour transmettre les signaux radio respectifs à l'antenne d'excitation, la troisième antenne et la quatrième antenne via respectivement les modules de communication COM1, COM3 et COM4.

[0091] Dans ce mode, le circuit imprimé Cl comporte aussi un module d'alimentation (power module) qui comporte une batterie de 3.7 V.

Alternativement, il peut comporter un circuit de connexion à un secteur ou un réseau électrique.

[0092] Le circuit imprimé CI peut être compris dans une sphère fictive cl' un rayon r vérifiant l'inéquation (1) : r À/ 4 7T , où X est la plus grande longueur d'onde parmi les longueurs d'onde des normes de communication avec lesquelles le circuit CI est compatible : LTE, GSM, WiFi, BLE et GPS.

[0093] Dans le mode décrit ici, ladite plus grande longueur d'onde X correspond à la longueur d'onde de la bande 20 de la norme LTE et elle est égale à 41.6 cm.

[0094] On rappelle qu'une longueur d'onde X d'une norme de communication correspond à la fréquence Fr centrale d'une bande de fréquences de cette norme : [Math.

4] À = CIFr où C est la célérité (vitesse de propagation) de la lumière.

[0095] Dans ce mode, les antennes AI, AP, A3 et A4 sont des antennes planes.

[0096] L'antenne d'excitation AI et l'antenne parasite AP sont connectées au plan de masse UND via deux ports PI et P2 situés sur deux côtés perpendiculaires du plan de masse UND.

[0097] Dans ce mode, le circuit CI comporte : - un module d'adaptation et de filtrage MEI placé en série entre l'antenne d'excitation Al et le premier module de communication COMI ; 13 - un module d'adaptation et de filtrage MF3 placé en série entre la troisième antenne A3 et le troisième module de communication COM3 ; - un module d'adaptation et de filtrage MF4 placé en série entre la quatrième antenne d'excitation A4 et le quatrième module de communication COM4.

[0098] Chacun de ces modules d'adaptation et de filtrage MF1, MF3 et MF4 permet d'une part d'adapter l'impédance d'entrée de l'antenne correspondante à l'impédance du module de communication correspondant, et d'autre part permet d'éliminer les fréquences d'interférences indésirables causées par les autres antennes.

[0099] Dans le mode décrit ici, une atténuation de 10 dB est considérée suffisante pour que les signaux de couplage (autrement dits les fréquences d'interférences indésirables) soient éliminés.

[0100] Dans un autre mode de réalisation, le circuit CI comporte aussi un module de filtrage placé en série entre le plan de masse GND et l'antenne parasite AP.

Un tel module de filtrage permet d'éliminer les fréquences d'interférences indésirables causées par les autres antennes du circuit imprimé sur l'antenne parasite.

[0101] Il est aussi envisageable que le circuit imprimé CI ne comporte des modules d'adaptation et/ou des modules de filtrage que pour certaines antennes uniquement.

[0102] Dans le mode illustré par la figure 1A, l'antenne d'excitation Al est connectée au module d'adaptation et de filtrage MM via le port Pl.

L'antenne d'excitation Al est un ruban qui part du port Pl, perpendiculairement au plan de masse jusqu'au premier bord Cl du circuit CI, et qui définit trois côtés de son empreinte rectangulaire EMPI.

L'antenne d'excitation Al comporte également un quatrième segment parallèle à un côté du plan de masse et au premier bord Cl.

[0103] Dans le mode illustré par la figure IA, l'antenne parasite AP est connectée à un coin du plan de masse UND via le port P2.

L'antenne parasite AP est aussi un ruban qui part du port P2, perpendiculairement au plan de masse jusqu'au deuxième bord C2 du circuit CI, et qui définit trois côtés de son empreinte rectangulaire EMP-P.

L'antenne parasite AP comporte également un quatrième segment parallèle à un côté du plan de masse et au deuxième bord C2.

[0104] Dans le mode illustré par la figure IA, chacune des antennes est un ruban comportant plusieurs segments perpendiculaires entre eux.

Dans un autre mode, au moins un coin entre deux segments d'une antenne est arrondi.

[0105] Dans un autre mode, l'antenne d'excitation Al et/ou l'antenne parasite AP comporte en outre des spirales.

[0106] Dans ce premier mode, les ports de connexion Pl et P2 des antennes d'excitation et parasite sont situés sur deux cotés perpendiculaires entre eux du plan de masse.

[0107] Dans un mode de réalisation, les ports Pl et P2 peuvent être situés sur deux axes de symétrie du plan de masse UND, perpendiculaires entre eux. 14

[0108] Dans un mode de réalisation, les ports de connexion Pl et P2 des antennes Al et AP au plan de masse GND se situent sur deux coins d'un même côté du plan de masse GND.

[0109] Dans le mode décrit en référence aux figures lA et 1B, le plan de masse GND a deux côtés superposés avec deux côtés perpendiculaires du circuit imprimé Cl (les autres côtés différents des bords Cl et C2).

[0110] Dans un mode de réalisation, une antenne parmi les antennes Al, AP, A3 et A4 peut résonner simultanément à plusieurs fréquences.

[0111] Dans un autre mode illustré par la figure 2, le plan de masse GND est légèrement décalé du coin du circuit imprimé Cl et définit deux bandes marginales B3 et B4, en plus des deux bandes principales B1 et B2 sur lesquelles les empreintes des antennes d'excitation Al et parasite AP sont placées.

[0112] La figure 3 est un organigramme représentant des étapes d'un procédé de fabrication d'un circuit imprimé Cl selon un mode de réalisation de l'invention ; le procédé et le circuit Cl étant conformes à l'invention.

[0113] Ces étapes s'appliquent pour la fabrication d'un circuit imprimé Cl conforme à l'invention comportant au moins une antenne d'excitation Al, une antenne parasite AP et un module de communication COM1 relié électriquement à l'antenne d'excitation Al et selon le mode illustré un module d'excitation ALTIVI.

[0114] Au cours d'une étape El 0 initiale, la zone disponible sur le circuit Cl est déterminée pour y imprimer l'antenne d'excitation Al.

[0115] Au cours de cette étape EIO, on considère les dimensions du circuit imprimé CI et les dimensions du module d'excitation AUIVI et du module de communication COM1.

[0116] Pour la fabrication du circuit imprimé CI décrit en référence aux figures IA et 1B, au cours de l'étape EIO on considère aussi les dimensions des modules de communication COM3 et COM4.

Dans cet exemple, le circuit imprimé CI, est un parallélépipède dont la surface principale est un carré de 50*50 mm (L =1=50 mm); compte tenu des dimensions des modules de communication et d'excitation qui doivent être placés sur le plan de masse UND, on réserve un carré de 40 *40 mm pour le plan de masse GND.

Ainsi, pour cet exemple, la zone disponible déterminée au cours de l'étape EIO comporte un espace de 10 mm de large sur deux côtés perpendiculaires du circuit imprimé CI.

Cet espace constitue les deux bandes Bi et B2 présentées sur la figure 1B.

Pour cet exemple, la zone disponible déterminée est utilisée pour y imprimer l'antenne d'excitation Al, ainsi que les antennes AP, A3 et A4.

[0117] Au cours d'une étape E20, on détermine, sur cette zone disponible, un emplacement et une forme géométrique pour l'antenne d'excitation Al, ainsi qu'un emplacement et une forme géométrique pour l'antenne parasite AP.

[0118] Pour la fabrication du circuit imprimé CI décrit en référence aux figures IA et 1B, l'étape E20 comporte aussi une détermination des emplacements et des formes géométriques pour les antennes A3 et A4.

[0119] L'étape E20 comporte des simulations numériques sur un logiciel de simulation des performances des antennes, tel que le logiciel HFSS ou le logiciel ADS (marques déposées).

Chaque simulation comporte une détermination primaire E22 des emplacements des empreintes rectangulaires des antennes et des formes des antennes au sein desdites empreintes.

La détermination primaire E22 est suivie d'un test E24 des performances des antennes.

[0120] A titre d'exemple, pour le circuit Cl décrit en référence aux figures lA et 1B, il a été déterminé au cours de la sous-étape E22 que l'antenne d'excitation Al soit connectée au module d'adaptation et de filtrage MF1 via le port Pl, et qu'elle soit un ruban qui part du port PI, perpendiculairement au plan de masse GND jusqu'au premier bord Cl du circuit CI, et qui définit trois côtés de son empreinte rectangulaire EMPl.

Au cours de la sous-étape E22, il a été déterminé également que l'antenne d'excitation Al comporte un quatrième segment parallèle à un côté du plan de masse et au premier bord Cl.

[0121] Dans un mode de réalisation, au cours de la sous-étape E22 (et potentiellement suite à un test E24), on détermine que les coins de l'antenne d'excitation Al soient arrondis, ou que l'antenne d'excitation comporte en outre des spirales, ou que l'antenne d'excitation ait une longueur ou une épaisseur déterminée.

Ces exemples peuvent s'appliquer aux autres antennes AP, A3 et A4 (lu circuit imprimé CI.

[0122] Le test E24 des performances peut comporter un test de la bande passante couverte par chacune des antennes, de la fréquence de résonnance centrale de chacune des antennes, de l'impédance d'entrée de chaque antenne, du gain de chaque antenne, et du couplage électromagnétique entre les antennes Al et AP, etc.

[0123] Les sous-étapes de détermination primaire E22 et de test E24 peuvent être répétées plusieurs fois jusqu'à ce que le résultat du test E24 permette d'obtenir une bande passante couverte par les antennes Al et AP, proche d'une bande passante souhaitée, avec un seuil de tolérance prédéterminé.

Dans l'exemple du circuit décrit en référence aux figures lA et 1B, la bande passante souhaitée pour l'ensemble des antennes d'excitation Al et parasite AP, est la bande LTE-GSM

[0124] La répétition des sous-étapes E22 et E24 vise une optimisation des emplacements des empreintes d'antennes et des formes géométriques des antennes au sein des empreintes.

[0125] Alternativement, les sous-étapes E22 et E24 peuvent être répétées un nombre déterminé de fois.

Les emplacements et formes géométriques retenus à l'issu de l'étape E20 sont ceux qui permettent d'obtenir les meilleurs résultats de test (E24) en terme de bande passante par exemple. 16

[0126] L'étape E20 basée sur les simulations numériques est suivie d'une étape E30 d'impression, sur le circuit imprimé CI, des antennes d'excitation Al et parasite AP, selon les emplacements et les formes déterminées au cours de l'étape E20.

Une graveuse est utilisée pour enlever les parties non cuivrées autour des antennes et du plan de masse GND.

[0127] Pour le circuit CI illustré par les figures lA et 1B, l'étape E30 comporte aussi l'impression des antennes A3 et A4.

[0128] Le procédé de fabrication conforme à l'invention comporte aussi une étape de test E40 pour tester les performances des antennes imprimées (E30) sur le circuit CI, ce circuit constituant un premier prototype.

[0129] Pour la fabrication du circuit CI des figures lA et 1B, un module de communication à ultra haute fréquence (UHF) a été soudé sur le plan de masse GND pour émettre un signal continu sur les antennes et pour tester (E40) les mesures de performance.

[0130] En fonction d'un résultat du test expérimental E40, les étapes E20, E30 et E40 peuvent être répétées si le résultat du test expérimental E40 n'est pas cohérent avec le résultat du test retenu de la simulation E24.

[0131] La figure 4 présente des architectures matérielles des modules d'adaptation et de filtrage ME I, MF3 et MF4 décrits en référence à la figure 1A.

[0132] Dans le mode décrit ici, le module d'adaptation et de filtrage MF1 comporte deux in- ductances L12 et L13 de 100 nH et 39 nH respectivement placées en série entre l'antenne d'excitation Al et le module de communication COM1, et un condensateur C55 de 1 pF placé en série entre un point séparant les inductances L12 et L13 et le plan de masse GND.

[0133] Dans le mode décrit ici, le module d'adaptation et de filtrage MF3 comporte un condensateur C52 de 2 pF placé en série entre l'antenne d'excitation A3 et le module de communication COM3, et deux inductances L8 et L9, toutes les deux de 1 nH, placées chacune en série entre une extrémité du condensateur C52 et le plan de masse UND.

[0134] Dans le mode décrit ici, le module d'adaptation et de filtrage MF4 comporte deux condensateurs C54 et C53 de 4.7 pF et 8.2 pF respectivement placés en série entre l'antenne A4 et le module de communication COM4, et une inductance L11 de 3.3 nH placée en série entre un point séparant les condensateurs C54 et C53 et le plan de masse GND.

[0135] Les valeurs des composants de ces modules MF1, MF3 et MF4 sont déterminées (E20) par simulations numériques et validées par un test expérimental (E40).

[0136] La figure 5 illustre l'évolution de l'efficacité totale de rayonnement de l'ensemble comportant l'antenne d'excitation Al et l'antenne parasite AP en fonction de la fréquence, avec (courbe en trait continu) ou sans (courbe en trait interrompu) le 17 module d'adaptation et de filtrage MF1, pour le circuit imprimé CI décrit en référence à la figure 1A.

[0137] On désigne par « efficacité totale de rayonnement » le rapport entre l'énergie fournie à l'entrée de l'antenne d'excitation Al et l'énergie rayonnée par l'ensemble comportant l'antenne d'excitation Al et l'antenne parasite AP.

[0138] Les courbes illustrées sur la figure 5 sont obtenues (E24) par simulations numériques par le logiciel HFSS.

[0139] Pour une efficacité supérieure ou égale à -10 dB, la bande passante obtenue sans module d'adaptation ou de filtrage s'étale de 895 MHz à 920 MHz, tandis que la bande passante obtenue en utilisant le module d'adaptation et de filtrage MF1 est de 760 MHz jusqu'à 930 MHz.

L'utilisation du module MM permet ainsi de se rapprocher de la bande passante souhaitée pour les normes LTE et GSM, le module MF1 permettant par le filtrage de ne garder que les fréquences de résonnance souhaitées.

[0140] La figure 6 illustre l'évolution du paramètre de réflexion Sll de l'antenne d'excitation Al en fonction de la fréquence, avec (courbe en trait continu) ou sans (courbe en trait interrompu) le module d'adaptation et de filtrage MM, pour le circuit imprimé CI décrit en référence à la figure 1A.

[0141] On rappelle que le paramètre de réflexion Sll représente le rapport entre l'énergie envoyée à l'entrée de l'antenne Al, et l'énergie réfléchie par l'antenne au niveau de sa connexion avec le module de communication COM1 (notamment via le module d'adaptation et de filtrage MF1).

[0142] Lorsque le paramètre S11 est égal à -6 dB, 75% de l'énergie envoyée à l'entrée de l'antenne Al n'est pas réfléchie.

En pratique, un paramètre S11 inférieur ou égal à - 6dB est considéré comme un indice de performance acceptable.

[0143] La figure 6 montre qu'il n'est pas possible d'obtenir un paramètre de réflexion 511 inférieur ou égale à -6 dB sans utiliser le module d'adaptation et de filtrage MF1.

[0144] Dans le mode décrit en référence aux figures 1A et 4, le module MF1 permet d'obtenir un paramètre S11 inférieur ou égal à -6 dB sur les bandes de fréquence de 810 à 855 MHz et de 880 à 915 MHz.

[0145] On rappelle que le paramètre de réflexion S11 de l'antenne d'excitation Al peut être défini en fonction de l'impédance d'entrée Zin de l'antenne d'excitation Al par : [Math. 5]sii (dB) Zin -ZO\ 2°1°g k 7in + ZO1 où ZO est l'impédance de référence de 50 Ohm

[0146] Le module MF1 permet, par sa fonction d'adaptation, d'adapter l'impédance d'entrée de l'antenne d'excitation Al à 50 Ohms, cc qui correspond à l'impédance du module de communication COM1.

Cette valeur de 50 Ohms est souvent utilisée en pratique en raison des caractéristiques des modules d'excitation, tel que le module ALIM, utilisés 18 pour les circuits imprimés.

[0147] On note que l'apport du module d'adaptation et de filtrage MF1, en terme d'adaptation peut aussi être visualisé par une courbe d'adaptation et/ou par un abaque de Smith.

[0148] La figure 7 illustre, pour le circuit imprimé CI décrit en référence à la figure 1A, l'évolution de l'efficacité totale de rayonnement de l'ensemble comportant l'antenne d'excitation Al et l'antenne parasite AP, de la troisième antenne A3 et de la quatrième antenne A4, en fonction de la fréquence, en utilisant les modules d'adaptation et de filtrage MF1, MF3 et MF4.

[0149] Le tableau 1 présente une comparaison entre les largeurs des bandes passantes souhaitées pour les normes LTE-GSM, Wifi-BLE et GPS d'une part, et les largeurs des bandes passantes obtenues pour le circuit CI conforme à l'invention.

[Tableauxl] Normes de commu- nication LTE-GSM (antenne d'excitation Al et antenne parasite AP) Wifi-BLE (antenne A3) GPS (antenne A4) Bande passante souhaitée 790-960 MHz 1570-1600 MHz 2400-2480 MHz Bande passante obtenue pour le circuit CI conforme à l'invention Efficacité de -6 dB pour la bande de 810 à 920 MHz Efficacité de -10 dB pour la bande de 1570 à 1600 MHz Efficacité de -6 dB pour la bande de 2400 à 2480 MHz

[0150] La figure 8 présente une comparaison en matière d'efficacité totale de rayonnement entre le circuit imprimé CI conforme à l'invention et décrit en référence aux fleures 1A et 4, et un circuit imprimé AA de l'art antérieur.

[0151] Le circuit imprimé AA de l'art antérieur ne comporte pas d'antenne parasite.

Il comporte uniquement une antenne d'excitation connectée à un module de communication conforme aux normes LTE et GSM.

[0152] Sur la figure 8, nous présentons : - les résultats de simulation numérique pour l'antenne d'excitation du circuit AA de l'art antérieur (courbe avec marqueurs carrés) ; - les résultats expérimentaux pour l'antenne d'excitation du circuit AA de l'art antérieur (courbe avec marqueurs triangulaires) ; - les résultats de simulation numérique pour l'ensemble comportant l'antenne d'excitation Al et l'antenne parasite AP du circuit Cl conforme à l'invention (courbe 19 avec marqueurs circulaires) ; et - les résultats expérimentaux pour l'ensemble comportant l'antenne d'excitation Al et l'antenne parasite AP du circuit CI conforme à l'invention (courbe des marqueurs en croix).

[0153] On note que le circuit de l'art antérieur permet d'obtenir une efficacité (de son antenne d'excitation) supérieure à 25% sur une bande de 50 MHz et supérieure à 10% sur une bande de 100 MHz.

[0154] Le circuit CI conforme à l'invention permet d'obtenir une efficacité (de l'ensemble des antennes Al et AP) supérieure à 25% sur une bande de 70 MHz et supérieure à 10% sur une bande de 140 MHz.

[0155] Le circuit CI permet donc d'améliorer l'efficacité totale de rayonnement avec un élargissement de la bande passante de 40% par rapport au circuit AA de l'art antérieur.

[0156] La figure 9 est une architecture matérielle d'un circuit imprimé CI conforme à l'invention, selon un troisième mode de réalisation.

[0157] Ce troisième mode diffère du premier mode décrit en référence aux figures lA et 1B en cc que le circuit imprimé CI est coupé en un arc de cercle d'un centimètre dans l'un de ses coins et comporte des encoches sur ses côtés telles qu'illustrés par la figure 9.

La coupure d'un arc de cercle et les encoches sont introduits pour des contraintes mécaniques relatives à l'intégration du circuit intégré CI dans le dispositif de communication.

Le plan de masse GND n'a pas une forme rectangulaire comme celui présenté à la figure 1A, mais une empreinte rectangulaire de ce plan de masse GND peut être définie.

[0158] Dans le mode décrit ici, le module d'adaptation et de filtrage MF3 comporte une in- ductance de 3.3nH placée en série entre l'antenne d'excitation A3 et le module de communication COM3, un condensateur de 4.7 pF placé en série entre un point séparant l'antenne A3 et le condensateur d'une part et la plan de masse GND de l'autre part, et un condensateur de 8.2 pF placé en série entre l'autre extrémité du condensateur et le plan de masse UND.

[0159] Les composants du module MF3, ainsi que les valeurs d'induction ou de condensation sont déterminés au cours de l'étape E20.

[0160] Dans ce mode de réalisation, le circuit CI comporte des modules d'adaptation et de filtrage MF1 et MF4 identiques aux modules MU et MF4 décrits en référence à la figure 4.

[0161] La figure 10 présente, pour le circuit imprimé CI décrit en référence à la figure 9, l'évolution de l'efficacité totale de rayonnement de l'ensemble comportant l'antenne d'excitation Al et l'antenne parasite AP, ainsi que l'évolution de l'efficacité totale de rayonnement de la troisième antenne A3 et l'évolution de l'efficacité totale de rayonnement de la quatrième antenne A4, en fonction de la fréquence.

[0162] Les courbes présentées dans la figure 10 correspondent à des résultats de tests expé- rimentaux (E40).

[0163] Le circuit CI conforme au deuxième mode de réalisation permet de couvrir : - une bande dc 140 MHz à -6 dB pour les normes LTE et GSM avec une efficacité totale de rayonnement de -6 dB ; - - une bande de 80 MHz à -6 dB pour les normes WiFi et BLE avec une efficacité totale de rayonnement de -1 dB ; et - une bande dc 40 MHz à -10 dB pour la norme GPS avec une efficacité totale de rayonnement de -1.5 dB.

21 [Revendication 1] [Revendication 2]

Claims

REVENDICATIONSCircuit imprimé (CI) comportant une antenne monopole, dite d'excitation (AI). ledit circuit ayant une forme parallélépipédique et pouvant être compris dans une sphère ayant un rayon r vérifiant : r s À / 4 n'où X est une longueur d'onde correspondant à une fréquence d'un signal radio, ledit circuit comprenant en outre : - un plan de masse (GND) ayant une empreinte rectangulaire dont les côtés sont parallèles à ceux dudit circuit imprimé (Cl); - au moins un module de communication (COM 1) placé sur ledit plan de masse (GND), ayant un port de communication relié électriquement à ladite antenne d'excitation (A1), et étant configuré pour recevoir et/ou émettre un signal radio de ladite longueur d'onde X via ladite antenne d'excitation ; et - une antenne connectée au plan de masse (GND), dite antenne parasite (AP), non connectée à un module de communication ; ledit circuit imprimé étant caractérisé en ce que : - ladite antenne d'excitation (Al) a une empreinte rectangulaire (EMP1) située entre l'empreinte du plan de masse et un premier bord (Cl) du circuit parallèlement à ce bord ; la distance entre le centre de gravité (SG1) de ladite empreinte d'antenne (EMP1) et la normale (X) audit premier bord passant par son milieu étant inférieure ou égale à 10% de la longueur (L) dudit premier bord (Cl); et - ladite antenne parasite (AP) a une empreinte rectangulaire (EMP-P) située entre l'empreinte du plan de masse et un deuxième bord (C2) du circuit, perpendiculaire au premier bord, parallèlement à ce deuxième bord ; la distance entre le centre de gravité (SG-P) de l'empreinte de l'antenne parasite (EMP-P) et la normale (Y) audit deuxième bord passant par son milieu étant inférieure ou égale à 10% de la longueur (1) dudit deuxième bord (C2). Circuit selon la revendication 1 comportant en outre : - une troisième antenne (A3, A4) placée en dehors dudit plan de masse (GND), ladite troisième antenne étant. reliée électriquement à un port de communication d'un module de communication (COM3, COM4) ; et - au moins un module de filtrage, placé sur ledit plan de masse (GND), parmi : -- un premier module de filtrage (MF1) situé en série entre ladite antenne d'excitation (Al) et ledit au moins un module de commu- [Revendication 3] nication (COM1) relié électriquement à ladite antenne d'excitation, ledit premier module de filtrage (MF1) étant configure pour éliminer des signaux de couplage de ladite troisième antenne avec ladite antenne d'excitation ; et [Revendication 4] -- un deuxième module de filtrage situé en série entre ladite antenne parasite (AP) et ledit plan de masse (GND) et configure pour éliminer des signaux de couplage de ladite troisième antenne avec ladite antenne parasite. [Revendication 5] Circuit selon la revendication 2 comportant en outre au moins un module d'adaptation (ME 1) placé sur ledit plan de masse (GND) et situé en série entre ladite antenne d'excitation (A1) et ledit au moins un module de communication (COM1) et configure pour adapter une impédance d'entrée de ladite antenne d'excitation à une impédance dudit au moins un module de communication (COM1), ledit au moins un module d'adaptation comportant ledit premier module de filtrage. Circuit selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel un dit signal radio émis ou reçu par ledit au moins un module de communication (COM1) relié électriquement à ladite antenne d'excitation (Al) est conforme à au moins une norme de communication sans fil parmi les normes LTE, GSM, GPS, WiFi et BLE. [Revendication 6] Circuit selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel la dite antenne d'excitation (Al) et ladite antenne parasite (AP) sont des antennes planaires. [Revendication 7] Circuit selon l'une des revendications 1 à 5 pouvant communiquer conformément à au moins une norme de communication sans fil, X étant la plus grande longueur d'onde parmi les longueurs d'onde desdites normes, une dite longueur d'onde d'une dite norme correspondant à une fréquence centrale d'émission conformément à cette norme. [Revendication 8] Circuit selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel le plan de masse (UND) occupe un coin dudit circuit imprimé (CI) et a deux cotés superposés à deux côtés perpendiculaires dudit circuit (CI). Procédé de fabrication d'un circuit imprimé (CI) comportant une antenne monopole, dite d'excitation (Al), ledit circuit imprimé ayant une forme parallélépipédique et pouvant être compris dans une sphère d'un rayon r vérifiant : r < À / 4 Tr où X est une longueur d'onde correspondant à une fréquence centrale d'émission d'un signal radio, ledit circuit comprenant en outre: 23 - un plan de masse (GND) ayant une empreinte rectangulaire dont les côtés sont parallèles à ceux dudit circuit imprimé (CI); et - au moins un module de communication (COM1) placé sur ledit plan de masse (GND), ayant un port de communication relié électriquement à ladite antenne d'excitation (Al) et étant configure pour recevoir et/ou émettre un signal radio de ladite longueur d'onde "A. via ladite antenne d'excitation; ledit procédé comprenant : - une étape (El 0) de détermination d'une zone disponible sur ledit circuit imprimé pour y imprimer ladite antenne d'excitation, en dehors dudit plan de masse (GND) ; - au moins une étape (E20) de détermination, sur ladite zone disponible, d'une géométrie et d'un emplacement pour ladite antenne d'excitation (Al) et d'une géométrie et d'un emplacement pour une antenne, dite antenne parasite (AP), non connectée à un module de communication, ladite antenne d'excitation (Al) ayant une empreinte rectangulaire (EMP1) située entre l'empreinte du plan de masse et un premier bord du circuit parallèlement à ce bord ; la distance entre le centre de gravité (SG1) de ladite empreinte d'antenne (EMP1) et la normale (X) audit premier bord passant par son milieu étant inférieure ou égale à 10% de la longueur (L) dudit premier bord ; et ladite antenne parasite (AP) ayant une empreinte rectangulaire (EMP-P) située entre l'empreinte du plan de masse et un deuxième bord du circuit, perpendiculaire au premier bord, parallèlement à ce deuxième bord ; la distance entre le centre de gravité (SU-P) de l'empreinte de l'antenne parasite (EMP-P) et la normale (Y) audit deuxième bord passant par son milieu étant inférieure ou égale à 10% de la longueur (1) dudit deuxième bord ; et - une étape (E30) d'impression de ladite antenne d'excitation et de ladite antenne parasite sur le dit circuit imprimé.