FR3136282A1 - Dispositif radiofréquence à diagramme de rayonnement optimisé, pour une détection de geste pour l’automobile - Google Patents

Dispositif radiofréquence à diagramme de rayonnement optimisé, pour une détection de geste pour l’automobile Download PDF

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Abstract

Dispositif (900) d’émission et/ou réception de signal radiofréquence, destiné à être intégré au sein d’un système de détection de geste dans un véhicule automobile, et comportant : - un circuit imprimé (930) ; - au moins une antenne planaire (910), dite antenne en T, comportant superposés une première surface métallique d’excitation et un premier plan de masse, l’un au moins parmi le premier plan de masse et la première surface métallique d’excitation présentant une région en forme de T , de sorte que le diagramme de rayonnement de l’antenne en T présente deux lobes latéraux de fort rayonnement, avantageusement situés dans le plan du circuit imprimé, et séparés par une zone centrale de faible rayonnement ; et - au moins une antenne planaire (920), dite antenne rectangulaire, comportant superposés une seconde surface métallique d’excitation et un second plan de masse, la seconde surface métallique d’excitation comportant une région rectangulaire ayant une forme générale de rectangle et configurée pour que le diagramme de rayonnement de l’antenne rectangulaire présente deux lobes latéraux de fort rayonnement, avantageusement situés dans un plan orthogonal au plan du circuit imprimé, et séparés par une zone centrale de faible rayonnement. Figure 9

Description

Dispositif radiofréquence à diagramme de rayonnement optimisé, pour une détection de geste pour l’automobile
L’invention concerne le domaine de l’automobile et plus particulièrement un dispositif d’émission et/ou réception de signal radiofréquence, destiné à faire partie intégrante d’un système de détection de geste, dans un véhicule automobile.
 Etat de la technique
On connaît dans l’art antérieur des systèmes de détection de geste, destinés à être intégrés au sein d’un véhicule automobile pour détecter un geste effectué par un utilisateur situé à l’extérieur, voire même à l’intérieur dudit véhicule. La détection de geste sert ensuite à piloter l’activation d’une fonction prédéterminée du véhicule automobile, notamment l’ouverture d’un ouvrant tel qu’une portière latérale, ou un hayon arrière ou une portière d’accès à la malle arrière.
La détection de geste est avantageusement basée sur l’émission d’un signal radiofréquence et l’analyse d’un signal retour renvoyé par l’environnement, notamment par une cible en mouvement dans cet environnement. L’analyse peut comprendre, la détermination d’un déphasage, se rapportant à une position instantanée de la cible, et/ou la détermination d’une fréquence Doppler, se rapportant à une vitesse instantanée de la cible.
Dans tout le texte, le terme « radiofréquence » se rapporte à un signal électromagnétique dont la fréquence de la porteuse est comprise entre 3 kHz et 300 GHz, plus préférentiellement entre 2 GHz et 30 GHz.
Comme décrit par exemple dans la demande de brevet EP 3 546 979, l’émission et la réception du signal radiofréquence peut être réalisée à l’aide d’au moins une antenne planaire, ou « antenne patch », intégrée sur un circuit imprimé. Une antenne patch comporte une surface métallique d’excitation, généralement de forme carrée, séparée d’un plan de masse par un substrat diélectrique. L’antenne patch présente l’avantage d’offrir un faisceau à large ouverture, orienté selon un axe orthogonal au plan du circuit imprimé. La illustre de façon schématique un véhicule automobile 1 équipé d’un tel dispositif d’émission et/ou réception 10, disposé ici à l’arrière du véhicule 1.
Aux figures 1B et 1C, on a représenté de façon schématique et selon une vue de dessus, une région arrière du véhicule 1. Le dispositif d’émission et/ou réception 10 se trouve dans une région centrale d’un bord arrière du véhicule 1. On a également représenté, sur les figures 1B et 1C, le pied 11 d’un utilisateur s’apprêtant à effectuer un geste prédéterminé destiné à piloter l’ouverture du hayon arrière du véhicule.
A la , le pied 11est positionné à une distance d0 du bord arrière du véhicule, face au dispositif d’émission et/ou réception 10. Le pied 11 se trouve alors à une distance d1 du dispositif d’émission et/ou réception 10. A la , le pied11 est toujours à une distance d0 du bord arrière du véhicule, mais il est déporté latéralement relativement au dispositif d’émission et/ou réception 10. Le pied 11 se trouve alors à une distance d2 du dispositif d’émission et/ou réception 10, avec d2 bien supérieure à d1.
La puissance émise par une antenne radiofréquence décroît en 1/d², avec d la distance à la cible. La puissance du signal revenant vers le dispositif d’émission et/ou réception 10 varie donc comme le carré de 1/d².
Un objectif de l’invention et d’offrir une solution permettant de ne pas aveugler l’antenne lorsque le pied est positionné comme en , tout en étant capable de détecter un mouvement lorsque le pied est positionné comme en . Dit autrement, un objectif de la présente invention est de proposer un dispositif d’émission et/ou réception de signal radiofréquence, destiné à être intégré au sein d’un système de détection de geste dans un véhicule automobile, et permettant de limiter l’influence d’un positionnement de la cible (par exemple le pied de l’utilisateur), selon que cette dernière soit alignée ou déportée latéralement relativement au dispositif d’émission et/ou réception.
Cet objectif est atteint avec un dispositif d’émission et/ou réception de signal radiofréquence, destiné à être intégré au sein d’un système de détection de geste dans un véhicule automobile, et comportant :
- un circuit imprimé ;
- au moins une première antenne radiofréquence, intégrée sur le circuit imprimé et dédié à l’émission et/ou la réception d’un signal radiofréquence se propageant dans une première zone de détection ; et
- au moins une seconde antenne radiofréquence, intégrée sur le circuit imprimé et dédiée à l’émission et/ou la réception d’un signal radiofréquence se propageant dans une seconde zone de détection distincte de la première zone de détection.
Selon l’invention :
- l’au moins une première antenne radiofréquence est configurée pour présenter un diagramme de rayonnement avec deux lobes latéraux de fort rayonnement séparés par une zone centrale de faible rayonnement, les deux lobes étant orientés sensiblement parallèles au plan du circuit imprimé ; et
- l’au moins une seconde antenne radiofréquence est configurée pour présenter un diagramme de rayonnement avec deux lobes latéraux de fort rayonnement séparés par une zone centrale de faible rayonnement, les deux lobes étant orientés sensiblement orthogonaux au plan du circuit imprimé
Plus particulièrement, selon l’invention :
- l’au moins une première antenne radiofréquence est constituée par au moins une antenne planaire, dite antenne en T, comportant superposés une première surface métallique d’excitation et un premier plan de masse, l’un au moins parmi le premier plan de masse et la première surface métallique d’excitation présentant une région en forme de T, de sorte que le diagramme de rayonnement de l’antenne en T présente deux lobes latéraux de fort rayonnement séparés par une zone centrale de faible rayonnement ; et
- l’au moins une seconde antenne radiofréquence est constituée par au moins une antenne planaire, dite antenne rectangulaire, comportant superposés une seconde surface métallique d’excitation et un second plan de masse, la seconde surface métallique d’excitation comportant une région rectangulaire, ayant une forme générale de rectangle et configurée pour que le diagramme de rayonnement de l’antenne rectangulaire présente deux lobes latéraux de fort rayonnement séparés par une zone centrale de faible rayonnement.
Grâce à sa région en forme de T, l’au moins une antenne en T présente un diagramme de rayonnement avec deux lobes latéraux de fort rayonnement séparés par une zone centrale de faible rayonnement. Ainsi, on réduit fortement une variation d’intensité du signal radiofréquence renvoyé par la cible, selon que ladite cible soit alignée ou déportée latéralement relativement à l’antenne.
Grâce à sa région rectangulaire, l’au moins une antenne rectangulaire présente un diagramme de rayonnement avec deux lobes latéraux de fort rayonnement séparés par une zone centrale de faible rayonnement. Ainsi, on réduit fortement une variation d’intensité du signal radiofréquence renvoyé par la cible, selon que ladite cible soit alignée ou déportée latéralement relativement à l’antenne.
L’invention permet ainsi d’offrir un dispositif d’émission et/ou réception de signal radiofréquence, destiné à être intégré au sein d’un système de détection de geste dans un véhicule automobile, et permettant de limiter l’influence d’un positionnement de la cible, selon que cette dernière soit alignée ou déportée latéralement relativement au dispositif d’émission et/ou réception.
Une solution évidente pour résoudre ce problème technique aurait consisté à utiliser des paires d’antennes, émettant chacune dans l’une parmi deux directions latérales opposées.
L’idée à la base de l’invention consiste à ajuster plutôt des diagrammes de rayonnement d’antennes planaires. Cette solution permet de conserver un nombre limité d’antennes, et donc d’offrir un dispositif compact, avec un coût de fabrication réduit.
Cette compacité est particulièrement avantageuse dans le domaine automobile, où la présence de renforts, notamment à l’arrière du véhicule, ne laisse que peu de place disponible pour des éléments tels que le dispositif selon l’invention.
L’invention offre en outre un large angle de vue, grâce à l’utilisation d’antennes planaires.
L’antenne en T selon l’invention permet en outre une émission hors d’une direction orthogonale au plan du circuit imprimé, sans recourir à un réseau d’antennes planaires carrées. Là encore, on garantit une compacité optimale.
De manière avantageuse :
- la première zone de détection est orientée selon un plan sensiblement parallèle au plan du circuit imprimé ; et
- la seconde zone de détection est orientée selon un plan sensiblement orthogonal au plan du circuit imprimé.
De préférence :
- les deux lobes latéraux de fort rayonnement du diagramme de rayonnement de l’antenne en T sont orientés selon deux axes respectifs, situés tous deux dans un plan sensiblement parallèle au plan du circuit imprimé ; et
- les deux lobes latéraux de fort rayonnement du diagramme de rayonnement de l’antenne rectangulaire sont orientés selon deux axes respectifs, situés tous deux dans un plan sensiblement orthogonal au plan du circuit imprimé.
Par « sensiblement parallèle au plan du circuit imprimé », on entend « incliné à moins de 20° en valeur absolue, voire 10° en valeur absolue, voire même 5° en valeur absolue relativement au plan du circuit imprimé ».
Par « sensiblement orthogonal au plan du circuit imprimé », on entend « incliné à moins de 20° en valeur absolue, voire 10° en valeur absolue, voire même 5° en valeur absolue relativement à un plan orthogonal au plan du circuit imprimé ».
De préférence, la région en forme de T comporte une base et une tête, où la tête est formée par une première barre rectiligne de longueur L1, et où la base est formée par une seconde barre rectiligne perpendiculaire à la première barre rectiligne.
Avantageusement, un rapport L1/λ1est compris entre 1/8 et 1/6, où λ1est la longueur d’onde centrale d’un signal radiofréquence émis et/ou reçu par l’antenne en T, en utilisation.
La région en forme de T peut présenter une hauteur L2, définie selon un axe parallèle à la seconde barre rectiligne, et un rapport L2/λ1peut être compris entre 0,45 et 0,65, où λ1est la longueur d’onde centrale d’un signal radiofréquence émis et/ou reçu par l’antenne en T, en utilisation.
Avantageusement, la région en forme de T appartient à l’un parmi le premier plan de masse et la première surface métallique d’excitation, avec la base du T superposée et alignée avec une région rectiligne de l’autre parmi le premier plan de masse et la première surface métallique d’excitation.
En variante, la région en forme de T peut appartenir à l’un parmi le premier plan de masse et la première surface métallique d’excitation, et s’étendre au regard d’une seconde région en forme de T appartenant à l’autre parmi le premier plan de masse et la première surface métallique d’excitation.
De préférence, la région rectangulaire de l’antenne rectangulaire présente une hauteur L3 et une largeur L4, avec un rapport L3/L4 supérieur ou égal à 1,5.
Un rapport L3/λ2est avantageusement compris entre 0,8 et 1, où λ2est la longueur d’onde centrale d’un signal radiofréquence émis et/ou reçu par l’antenne rectangulaire, en utilisation.
Un rapport L4/λ2peut être compris entre 0,45 et 0,55, où λ2est la longueur d’onde centrale d’un signal radiofréquence émis et/ou reçu par l’antenne rectangulaire, en utilisation.
De manière avantageuse :
- l’antenne en T est configurée pour que ses deux lobes latéraux de fort rayonnement soient orientés selon deux axes respectifs inclinés entre eux d’un angle compris entre 120° et 160°; et
- l’antenne rectangulaire est configurée pour que ses deux lobes latéraux de fort rayonnement soient orientés selon deux axes respectifs inclinés entre eux d’un angle compris entre 120° et 160°.
L’invention couvre également un système de détection de geste, destiné à être intégré au sein d’un véhicule automobile, et comportant :
- un dispositif selon l’invention ; et
- un module de traitement de signal, configuré pour recevoir en entrée un signal électrique en provenance dudit dispositif, et pour analyser ledit signal électrique de manière à fournir en sortie une information relative à un geste effectué par un opérateur humain.
De préférence, le système comporte en outre une unité de pilotage d’ouverture, configurée pour recevoir en entrée l’information relative à un geste effectué par un opérateur humain, et pour fournir en réponse une consigne d’ouverture d’un ouvrant de véhicule automobile.
L’invention couvre aussi un véhicule automobile comportant un dispositif selon l’invention, dans lequel ledit dispositif est agencé à l’arrière du véhicule automobile, avec l’une parmi la première et la seconde zone de détection qui est orientée vers l’arrière du véhicule, et avec l’autre parmi la première et la seconde zone de détection qui est orientée vers le sol, en utilisation.
 Description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
illustre de manière schématique un véhicule automobile équipé d’un dispositif d’émission et/ou réception selon l’art antérieur ;
illustre de manière schématique le dispositif de la , ainsi qu’un pied positionné face audit dispositif ;
illustre de manière schématique le dispositif de la , ainsi qu’un pied déporté latéralement relativement audit dispositif ;
La illustre de manière schématique un véhicule automobile équipé d’un dispositif d’émission et/ou réception selon l’invention ;
,
,
,
illustrent de façon schématique, selon différentes vues, un premier mode de réalisation d’antenne en T dans un dispositif d’émission et/ou réception selon l’invention ;
,
illustrent de façon schématique l’antenne en T des figures 3A à 3D, en utilisation ;
,
,
illustrent de façon schématique, selon différentes vues, un deuxième mode de réalisation d’antenne en T dans un dispositif d’émission et/ou réception selon l’invention ;
,
,
illustrent de façon schématique, selon différentes vues, un troisième mode de réalisation d’antenne en T dans un dispositif d’émission et/ou réception selon l’invention ;
,
,
,
illustrent de façon schématique, selon différentes vues, un premier mode de réalisation d’antenne rectangulaire dans un dispositif d’émission et/ou réception selon l’invention ;
,
illustrent de façon schématique l’antenne rectangulaire des figures 7A à 7D, en utilisation ;
illustre de manière schématique un exemple de dispositif d’émission et/ou réception selon l’invention ; et
illustre de manière schématique un système de détection de geste selon l’invention.
Description détaillée d’au moins un mode de réalisation
Sur certaines au moins des figures, on a représenté les axes d’un repère orthonormé (Oxyz).
La illustre de manière schématique un véhicule automobile 2 équipé d’un dispositif d’émission et/ou réception 20 selon l’invention.
Ici, mais de manière non limitative, le dispositif d’émission et/ou réception 20 est disposé à l’arrière du véhicule 2.Le dispositif 20 fait partie ici d’un système de détection de geste destiné à détecter un geste du pied effectué par un opérateur humain se tenant derrière le véhicule 2.
Selon l’invention, le dispositif d’émission et/ou réception 20 comporte :
- un circuit imprimé (voir plus loin) ;
- au moins une première antenne radiofréquence, dédié à l’émission et/ou la réception d’un signal radiofréquence se propageant dans une première zone de détection Z1 ; et
- au moins une seconde antenne radiofréquence, dédié à l’émission et/ou la réception d’un signal radiofréquence se propageant dans une seconde zone de détection Z2.
On peut avoir une unique première (respectivement seconde) antenne radiofréquence, réalisant à la fois une émission et une réception de signal. En variante, on peut avoir deux premières (respectivement secondes) antennes radiofréquence, réalisant respectivement une émission ou une réception de signal. Cette variante offre de façon surprenante une plus grande compacité.
Ici, la première zone de détection Z1 s’étend derrière le véhicule 2, tandis que la seconde zone de détection Z2 s’étend sous le véhicule 2. De préférence, les première et seconde zones de détection Z1 et Z2 sont jointives. Elles couvrent ensemble toute une zone dans laquelle se déplace un pied faisant un mouvement de balancier à l’arrière du véhicule 2. L’utilisation de ces deux zones de détection offre une discrimination optimale à l’égard de gestes parasites tels qu’un marcheur passant derrière le véhicule. En outre, l’antenne associée à la première zone d’émission Z1 peut être utilisée pour détecter une présence à proximité du véhicule, et piloter un réveil d’un système de détection de geste comportant le dispositif 20 selon l’invention.
Selon l’invention :
- la première antenne radiofréquence, associée à la première zone de détection Z1, est une antenne planaire, dite antenne en T, décrite dans la suite ; et
- la seconde antenne radiofréquence, associée à la seconde zone de détection Z2, est une antenne planaire, dite antenne rectangulaire, décrite dans la suite.
On décrit tout d’abord, en référence aux figures 3A à 3D, un premier mode de réalisation d’une antenne en T dans un dispositif selon l’invention.
L’antenne en T, 310, est formée sur un circuit imprimé, et comporte, superposés dans cet ordre le long d’un axe (Oz) orthogonal au plan (Oxy) du circuit imprimé :
- une première surface métallique d’excitation 311 ;
- un substrat diélectrique 312 ; et
- un premier plan de masse 313.
La représente l’antenne 310, selon une vue en coupe dans un plan (Oyz) orthogonal au plan (Oxy).
Le premier plan de masse 313 désigne une surface plane métallique, électriquement conductrice, destinée à être connectée électriquement à la masse électrique d’un circuit électrique recevant l’antenne 310.
La première surface métallique d’excitation 311 désigne une surface plane métallique, électriquement conductrice, destinée à être connectée électriquement à une source d’alimentation électrique fournissant un signal électrique d’excitation. La source d’alimentation électrique est par exemple un oscillateur. Le signal électrique d’excitation présente une porteuse dont la fréquence appartient au domaine radiofréquence.
De préférence, les dimensions du premier plan de masse 313 sont bien supérieures à celles de la première surface métallique d’excitation 311, avec un rapport supérieur ou égal à cinq, voire dix, entre leurs aires respectives.
Le substrat diélectrique 312 correspond à l’une couche du circuit imprimé monocouche ou multicouche. La première surface métallique d’excitation 311 et le premier plan de masse 313 correspondent à des métallisations sur des faces respectives de ladite couche.
La représente le premier plan de masse 313, selon une vue de dessus dans un plan (Oxy). Le premier plan de masse 313 est constitué par une région en forme de T, 313A, et une région principale 313B, formées ensemble d’un seul tenant.
La région principale 313B est par exemple, mais de manière non limitative, de forme rectangulaire. Son aire est bien supérieure à celle de la région 313A, avec par exemple un rapport supérieur à dix entre les aires respectives des régions 313A et 313B.
Par « en forme de T », on entend « constitué par un premier tronçon 3131A formant tête, et d’un second tronçon 3132A formant base, où l’une extrémité du second tronçon 3132A intercepte une zone centrale du premier tronçon 3131A ».
De préférence, et comme représenté à la , le premier tronçon 3131A et/ou le second tronçon 3132A est rectiligne. De préférence, et comme représenté à la , le second tronçon 3132A intercepte le premier tronçon 3131A au niveau du centre dudit premier tronçon. De préférence encore, et comme représenté à la , le premier tronçon 3131A et le second tronçon 3132A sont perpendiculaires entre eux.
La premier tronçon 3131A présente une longueur L1. De manière avantageuse, un rapport L1/λ1est compris entre 1/8 et 1/6, avec λ1la longueur d’onde centrale d’un signal radiofréquence que l’antenne 310 est configurée pour émettre et/ou recevoir. Ainsi, la longueur L1 est comprise par exemple entre 1 mm et 25 mm, pour un signal dont la porteuse est comprise entre 2 GHz et 30 GHz.
La région en forme de T, 313A, présente une hauteur L2. Cette hauteur L2 est définie dans un plan (Oxy), selon un axe perpendiculaire au premier tronçon 3131A. Ici, la hauteur L2 correspond à l’étendue du second tronçon 3132A, augmentée de l’épaisseur du premier tronçon 3131A.
De manière avantageuse, un rapport L2/λ1est proche de 0,5 par exemple compris entre 0,4 et 0,6, plus préférentiellement entre 0,45 et 0,55, plus préférentiellement encore entre 0,48 et 0,52, avec λ1telle que définie ci-dessus. Ainsi, la longueur L2 est comprise par exemple entre 4 mm et 90 mm, pour un signal dont la porteuse est comprise entre 2 GHz et 30 GHz.
Avantageusement, un rapport L2/L1 est compris entre 2,5 et 5, plus préférentiellement entre 3 et 4.
La représente la première surface métallique d’excitation 311, selon une vue de dessus dans un plan (Oxy). La première surface métallique d’excitation 311 est formée ici par une ligne conductrice 311A, de largeur réduite, et par une surface d’adaptation d’impédance 311B.
L’une extrémité de la ligne conductrice 311A a la forme d’un segment rectiligne. Le restant de la ligne conductrice 311A assure la connexion électrique avec une source électrique d’alimentation.
La surface d’adaptation d’impédance 311B est de forme rectangulaire, plus large que la ligne conductrice 311A et centrée sur cette dernière dans le sens de la largeur. La surface d’adaptation d’impédance 311B est destinée à réaliser une simple adaptation d’impédance, pour adapter l’impédance de l’antenne 310 à la piste électrique 50 Ohms qui l’alimente.
La représente l’antenne 310, selon une vue de dessus dans un plan (Oxy), avec un substrat diélectrique transparent pour faciliter la lecture de la figure. On voit que l’antenne 310 présente une symétrie planaire, relativement à un plan orthogonal au plan (Oxy).
La montre également qu’une partie au moins du segment rectiligne 311A de la première surface métallique d’excitation 311 est superposée avec la base 3132A de la région en forme de T 313A du premier plan de masse 313. En particulier, ladite base 3132A est totalement recouverte par le segment rectiligne 311A. L’une extrémité du segment rectiligne 311A s’étend jusqu’au regard d’un bord supérieur de la région en forme de T 313A, au niveau de la tête 3131A de la région en forme de T. Ici, et de manière avantageuse, le segment rectiligne 311A et la base 3132A de la région en forme de T présentent une même largeur.
La surface d’adaptation d’impédance 311B se trouve quant à elle au regard de la région principale 313B du premier plan de masse 313, déportée relativement à la région en forme de T 313A.
Les figures 4A et 4B illustrent de façon schématique l’antenne en T 310 des figures 3A à 3D, en utilisation. La est une vue de dessus, dans un plan (Oxy), avec le substrat diélectrique 312 représenté transparent. La est une vue en coupe dans un plan (Oyz).
En utilisation, le premier plan de masse 313 est connecté électriquement à la masse électrique 31, tandis que la première surface métallique d’excitation 311 est connectée électriquement à une source d’alimentation électrique 32 telle que décrite ci-avant.
L’antenne en T 310 présente un diagramme de rayonnement comportant deux lobes latéraux 341 de fort rayonnement, séparés par une zone centrale 342 de faible rayonnement. Pour faciliter la compréhension, le diagramme de rayonnement est représenté ici superposé à l’antenne. La figure n’est pas représentative de la position précise d’un point d’origine de l’émission, au niveau de l’antenne (d’autant que l’on s’intéresse à une émission en champ lointain). L’enseignement pertinent est la forme générale, et l’orientation du diagramme de rayonnement dans l’espace.
Les lobes latéraux 341 sont centrés chacun sur un axe respectif 343. Les axes 343 sont situés dans un plan sensiblement parallèle au plan du circuit imprimé. Par « sensiblement parallèle », on entend qu’un angle d’inclinaison relativement au plan du circuit imprimé est inférieur ou égal à 20°, voire 10°, voire 5°, en valeur absolue. Un volume couvert par le diagramme de rayonnement de l’antenne en T 310 correspond avantageusement à la première zone de détection Z1, respectivement la seconde zone de détection Z2 (voir ).
Les axes 343 (et les lobes latéraux 341) présentent ici une symétrie planaire, relativement à un plan orthogonal au plan (Oxy) du circuit imprimé et parallèle à la base 3132A de la région en forme de T. Les axes 343 (et les lobes latéraux 341) présentent ici une symétrie planaire, relativement à un plan (Oxz).
Le décalage angulaire entre les axes 343 est compris avantageusement entre 120° et 160°, où un angle de 180° correspond à Pi radians.
On illustre ensuite, en référence aux figures 5A à 5C, une variante 510 qui ne sera décrite que pour ses différences relativement à l’antenne des figures 3A à 3C.
La représente le premier plan de masse 513, selon une vue de dessus dans un plan (Oxy). Le premier plan de masse 513 est constitué ici par une région rectiligne, 513A, et une région principale 513B, formées ensemble d’un seul tenant.
La représente la première surface métallique d’excitation 511, selon une vue de dessus dans un plan (Oxy). La première surface métallique d’excitation 511 est formée ici par une ligne conductrice 511A, une région en forme de T, 511B, et une surface d’adaptation d’impédance 511C.
La définition d’une région en forme de T est la même que précédemment.
La surface d’adaptation d’impédance 511C et telle que décrite ci-avant. Elle se trouve à distance de la région en forme de T.
La ligne conductrice 511A est située dans la continuité de la base du T de la région en forme de T 511B, avec une même largeur que ladite base.
La représente l’antenne 510, selon une vue de dessus dans un plan (Oxy), avec un substrat diélectrique transparent pour faciliter la lecture de la figure.
La montre que le segment rectiligne 513A du premier plan de masse 513 est superposé avec la base du T de la région en forme de T 511B.
Ledit segment rectiligne 513A s’étend jusqu’à une extrémité supérieure de la région en forme de T 511B, du côté de la tête du T. Ledit segment rectiligne 513A ne dépasse pas au-delà de la tête du T.
L’extrémité opposée du segment rectiligne 513A, située à l’interface avec la région principale 513B du premier plan de masse 513, délimite l’interface entre la ligne conductrice 511A et la région en forme de T 511B.
Les précisions données ci-avant relatives aux dimensions de la région en forme de T s’appliquent de la même manière dans cette variante.
En utilisation, le premier plan de masse et la première surface métallique d’excitation sont connectées de la même manière que décrit en référence aux figures 4A et 4B, pour l’obtention d’un diagramme de rayonnement similaire.
On illustre ensuite, en référence aux figures 6A à 6C, une variante 610 qui ne sera décrite que pour ses différences relativement à l’antenne des figures 5A à 5C.
Ici, premier plan de masse 613 est tel que décrit en référence aux figures 3A à 3C. Il est donc constitué par une région en forme de T, 613A, et une région principale 613B ( ).
Par ailleurs, la première surface métallique d’excitation 611 est telle que décrite en référence aux figures 5A à 5C. Elle est donc constituée par une ligne conductrice 611A, une région en forme de T, 611B, et une surface d’adaptation d’impédance 611C ( ).
La région en forme de T 611B appartenant à la première surface métallique d’excitation 611, est superposée à la région en forme de T 613A appartenant au premier plan de masse ( ). L’adaptation d’impédance est donc optimale.
En utilisation, le premier plan de masse et la première surface métallique d’excitation sont connectées de la même manière que décrit en référence aux figures 4A et 4B, pour l’obtention d’un diagramme de rayonnement similaire.
On décrit ensuite, en référence aux figures 7A à 7D, un mode de réalisation d’une antenne rectangulaire dans un dispositif d’émission et/ou réception selon l’invention.
De la même manière que l’antenne en T, l’antenne rectangulaire 720 est formée sur un circuit imprimé, et comporte, superposés dans cet ordre le long d’un axe (Oz) orthogonal au plan (Oxy) du circuit imprimé :
- une seconde surface métallique d’excitation 721 ;
- un substrat diélectrique 722 ; et
- un second plan de masse 723.
La représente l’antenne rectangulaire 720, selon une vue en coupe dans un plan (Oxz) orthogonal au plan (Oxy) du circuit imprimé.
La définition d’un plan de masse, respectivement d’une surface métallique d’excitation est la même que celle donnée en référence à l’antenne en T. De même, le second plan de masse 723 et la seconde surface métallique d’excitation 721 sont formées par des métallisations sur deux faces opposées d’une couche de circuit imprimé (substrat diélectrique 722).
Ici, et comme représenté en , le second plan de masse 723 est constitué d’une surface plane métallique, par exemple carrée ou rectangulaire.
La représente la seconde surface métallique d’excitation 721, selon une vue de dessus dans un plan (Oxy). La seconde surface métallique d’excitation 721 comporte une région rectangulaire 721A, une région d’adaptation d’impédance 721B, et une ligne conductrice 721C qui assure la connexion électrique avec une source électrique d’alimentation. La seconde surface métallique d’excitation 721 présente une symétrie planaire, relativement à un plan orthogonal au plan (Oxy).
La région rectangulaire 721A est ici à l’origine du rayonnement électromagnétique de l’antenne rectangulaire 720. La région rectangulaire 721A une forme générale de rectangle.
Ici, la région rectangulaire 721A a la forme d’un rectangle muni de deux petits renfoncements 7211A de part et d’autre de la zone d’interface avec la ligne conductrice 721C. Ces deux petits renfoncements 7211A participent à l’adaptation d’impédance à 50 Ω sur une large plage de fréquence. La surface cumulée de ces renfoncements est inférieure à 10% de la surface totale de la région rectangulaire 721A. Le rectangle présente une hauteur L3, définie ici selon l’axe (Oy), et une largeur L4, définie ici selon l’axe (Ox), avec L3 strictement supérieur à L4.
De préférence, le rapport L3/L4 est supérieur ou égal à 1,5, voire supérieur ou égal à 1,8. Ce rapport est avantageusement compris entre 1,5 et 2,3, voire entre 1,8 et 2,3, bornes inclues. A cet égard, l’invention se distingue des antennes patches connues dans l’art antérieur, de forme sensiblement carrée.
De manière avantageuse, un rapport L3/λ2est compris entre 0,8 et 1, avec λ2la longueur d’onde centrale d’un signal radiofréquence que l’antenne rectangulaire 720 est configurée pour émettre et/ou recevoir (de préférence, λ1= λ2). Ainsi, la longueur L3 est comprise par exemple entre 8 mm et 150 mm, pour un signal dont la porteuse est comprise entre 2 GHz et 30 GHz. A cet égard, l’invention se distingue des antennes patches connues dans l’art antérieur, dont la forme est sensiblement celle d’un carré de côté égal à λ2/2.
Également de manière avantageuse, un rapport L4/λ2est proche de 0,5 par exemple compris entre 0,4 et 0,6, plus préférentiellement entre 0,45 et 0,55, plus préférentiellement encore entre 0,48 et 0,52, avec λ2telle que décrite ci-dessus. Ainsi, la longueur L4 est comprise par exemple entre 4 mm et 90 mm, pour un signal dont la porteuse est comprise entre 2 GHz et 30 GHz.
De manière avantageuse, L2 et L4 sont sensiblement égales, à +/- 10% près.
La région rectangulaire 721A se trouve à l’une extrémité de la ligne conductrice 721C, en contact physique direct avec cette dernière.
La ligne conductrice 721C présente une largeur réduite, bien inférieure aux dimensions L3 et L4 de la région rectangulaire 721A. Ici, mais de manière non limitative, la ligne conductrice 721C s’étend selon un axe rectiligne.
La région d’adaptation d’impédance 721B est de forme rectangulaire, de surface bien inférieure à celle de la région rectangulaire 721A, avec un rapport de surfaces supérieur ou égal à quatre. La région d’adaptation d’impédance 721B est située à distance de la région rectangulaire 721A, le long de la ligne conductrice. La région d’adaptation d’impédance 721B est centrée sur la ligne conductrice 721C, dans le sens de la largeur. Elle est destinée simplement à réaliser une adaptation d’impédance.
La représente l’antenne rectangulaire 720, selon une vue de dessus dans un plan (Oxy), avec un substrat diélectrique transparent pour faciliter la lecture de la figure. La montre que la région rectangulaire 721A (ainsi que la région d’adaptation d’impédance 721B) s’étend au regard du second plan de masse 723.
Les figures 8A et 8B illustrent de façon schématique l’antenne rectangulaire 720 des figures 7A à 7D, en utilisation. La est une vue en coupe dans un plan (Oyz) orthogonal au plan du circuit imprimé. La est une vue de dessus dans un plan (Oxy), avec le substrat diélectrique représenté transparent.
En utilisation, le second plan de masse 723 est connecté électriquement à la masse électrique 71, tandis que la seconde surface métallique d’excitation 721 est connectée électriquement à une source d’alimentation électrique 72 telle que décrite ci-avant.
L’antenne rectangulaire 720 présente un diagramme de rayonnement comportant deux lobes latéraux 741 de fort rayonnement, séparés par une zone centrale 742 de faible rayonnement. Là encore, la figure n’est pas représentative de la position précise d’un point d’origine de l’émission, au niveau de l’antenne. L’enseignement pertinent est la forme générale, et l’orientation du diagramme de rayonnement dans l’espace.
Les lobes latéraux 741 sont centrés chacun sur un axe respectif 743. Les axes 743 sont situés dans un plan sensiblement orthogonal au plan du circuit imprimé. Par « sensiblement orthogonal », on entend qu’un angle d’inclinaison relativement à un plan orthogonal au plan du circuit imprimé est inférieur ou égal à 20°, voire 10°, voire 5°, en valeur absolue. Un volume couvert par le diagramme de rayonnement de l’antenne rectangulaire 720 correspond avantageusement à la seconde zone de détection Z2, respectivement première zone de détection Z1 (voir ).
Les axes 743 (et les lobes latéraux 741) présentent ici une symétrie planaire, relativement à un plan orthogonal au plan (Oxy) du circuit imprimé et parallèle au côté long de la région rectangulaire 721A. Les axes 743 (et les lobes latéraux 741) présentent ici une symétrie planaire, relativement à un plan (Oxz) parallèle au grand côté L3 de la région rectangulaire 721A. Le décalage angulaire entre les axes 743 est compris avantageusement entre 120° et 160°.
La illustre de manière schématique un exemple de dispositif d’émission et/ou réception 900 selon l’invention. Le dispositif 900 comporte, intégrées sur un même circuit imprimé 930 :
- une antenne en T 910 selon l’invention, ici telle qu’illustrée aux figures 3A à 3D ; et
- une antenne rectangulaire 920 selon l’invention, ici telle qu’illustrée aux figures 7A à 7D.
Une même surface métallique peut former respectivement le premier et le second plan de masse pour les deux antennes, et être reliée à la masse électrique 91, en utilisation. En variante, le premier et le second plan de masse s’étendent dans des couches distinctes du circuit imprimé, et sont reliés tous deux à la masse électrique 91, en utilisation.
Du côté opposé du circuit imprimé, des surfaces métalliques distinctes forment respectivement la surface métallique d’excitation de l’antenne en T et la surface métallique d’excitation de l’antenne rectangulaire, connectées en utilisation respectivement à une première source d’alimentation électrique 92 et à une seconde source d’alimentation électrique 92’.
De manière avantageuse, et comme représenté sur la , la base du T de l’antenne 910 est perpendiculaire au grand côté de la région rectangulaire de l’antenne rectangulaire 920. Cet agencement permet d’obtenir des orientations souhaitées des quatre lobes principaux d’émission associés ensemble aux deux antennes, dans un contexte de détection de geste tel que décrit en introduction.
De manière avantageuse, et comme représenté sur la , l’antenne en T 910 et l’antenne rectangulaire 920 sont en outre alignées selon un axe parallèle à la base du T et audit grand côté. Cet agencement permet de minimiser les interférences entre les deux antennes. On s’assure en outre d’une origine sensiblement commune entre les rayonnements respectifs des deux antennes.
De manière avantageuse, le dispositif selon l’invention comporte en outre des composants électroniques (non représentés) de mise en forme de signal électrique et/ou de pré-traitement, intégrés sur le même circuit imprimé. De tels composants électroniques sont configurés pour mettre en forme un signal respectif envoyé en entrée de chacune des antennes du dispositif d’émission et/ou réception selon l’invention, et/ou pour réaliser un prétraitement (notamment un mixage et un filtrage) de signaux électriques fournis en sortie de chacune desdites antennes.
De préférence, le circuit imprimé reçoit au moins une antenne dont le diagramme de rayonnement est orienté selon un plan sensiblement parallèle au plan du circuit imprimé, et au moins une antenne donc le diagramme de rayonnement est similaire mais orienté selon un plan sensiblement orthogonal au plan du circuit imprimé. Ainsi, une rotation à 90° du circuit imprimé conserve les orientations des diagrammes de rayonnement. On peut donc orienter le circuit imprimé librement, en fonction des contraintes locales d’intégration.
La illustre enfin, de manière schématique, un système de détection de geste 1000 selon l’invention. Ce dernier comporte :
- un dispositif d’émission et/ou réception 100 selon l’invention ; et
- un module 150 de traitement de signal, configuré pour recevoir en entrée un signal électrique en provenance du dispositif 100, pour analyser ledit signal électrique, et pour fournir en sortie une information 151 relative à un geste effectué par un opérateur humain.
Le module 150 de traitement de signal comporte au moins un processeur, au moins une mémoire, ainsi que des interfaces d’entrées et sorties. Il s’agit par exemple d’au moins un microcontrôleur.
Ici, et de manière avantageuse, le système 1000 comporte en outre une unité 160 de pilotage d’ouverture, configurée pour recevoir en entrée l’information 151 relative à un geste, et pour fournir une consigne 161 d’ouverture d’un ouvrant de véhicule automobile lorsque ladite information 151 se rapporte à un geste prédéterminé.
L’unité 160 de pilotage d’ouverture comporte au moins un processeur, au moins une mémoire, ainsi que des interfaces d’entrées et sorties. Il s’agit par exemple d’au moins un microcontrôleur.
L’invention n’est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus, et couvre de nombreuses variantes de dispositif selon l’invention, par exemple correspondant à d’autres combinaisons d’une antenne en T et une antenne rectangulaire.
L’invention a été décrite dans le contexte d’une commande d’ouverture d’un coffre ou hayon, mais trouve à s’appliquer pour d’autres commandes à distance d’une fonction d’un véhicule automobile, par exemple une commande d’ouverture d’une portière latérale avec un dispositif selon l’invention intégré dans un montant latéral du véhicule.
Dans des variantes de l’antenne en T, non revendiquées, une région en forme de T est formée par un demi-T situé dans le premier plan de masse, et un demi-T appartenant à la première surface métallique d’excitation, où les deux demi-T sont symétriques l’un de l’autre selon un plan orthogonal au plan du circuit imprimé.

Claims (15)

  1. Dispositif (20; 900) d’émission et/ou réception de signal radiofréquence, destiné à être intégré au sein d’un système de détection de geste dans un véhicule automobile, et comportant :
    - un circuit imprimé (930) ;
    - au moins une première antenne radiofréquence (310; 510; 610; 910), intégrée sur le circuit imprimé et dédié à l’émission et/ou la réception d’un signal radiofréquence se propageant dans une première zone de détection (Z1); et
    - au moins une seconde antenne radiofréquence (720; 920), intégrée sur le circuit imprimé et dédiée à l’émission et/ou la réception d’un signal radiofréquence se propageant dans une seconde zone de détection (Z2) distincte de la première zone de détection ;
    caractérisé en ce que :
    - l’au moins une première antenne radiofréquence (310; 510; 610 ; 910) est constituée par au moins une antenne planaire, dite antenne en T, comportant superposés une première surface métallique d’excitation (311; 511; 611) et un premier plan de masse (313; 513; 613), l’un au moins parmi le premier plan de masse et la première surface métallique d’excitation présentant une région en forme de T (313A; 511B; 613A), de sorte que le diagramme de rayonnement de l’antenne en T présente deux lobes latéraux (341) de fort rayonnement séparés par une zone centrale (342) de faible rayonnement ; et
    - l’au moins une seconde antenne radiofréquence (720; 920) est constituée par au moins une antenne planaire, dite antenne rectangulaire, comportant superposés une seconde surface métallique d’excitation (721) et un second plan de masse (723), la seconde surface métallique d’excitation comportant une région rectangulaire (721A) ayant une forme générale de rectangle et configurée pour que le diagramme de rayonnement de l’antenne rectangulaire présente deux lobes latéraux (741) de fort rayonnement séparés par une zone centrale (742) de faible rayonnement.
  2. Dispositif (20; 900) selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
    - les deux lobes latéraux de fort rayonnement (341) du diagramme de rayonnement de l’antenne en T sont orientés selon deux axes respectifs (343), situés tous deux dans un plan qui est incliné à moins de 10° en valeur absolue relativement plan du circuit imprimé (930) ; et
    - les deux lobes latéraux de fort rayonnement (741) du diagramme de rayonnement de l’antenne rectangulaire sont orientés selon deux axes respectifs (743), situés tous deux dans un plan qui est incliné à moins de 10° en valeur absolue relativement à un plan orthogonal au plan du circuit imprimé (930).
  3. Dispositif (20; 900) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la région en forme de T (313A; 511B; 613A) comporte une base (3132A) et une tête (3131A), où la tête est formée par une première barre rectiligne de longueur L1, et où la base est formée par une seconde barre rectiligne perpendiculaire à la première barre rectiligne.
  4. Dispositif (20; 900) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’un rapport L1/λ1est compris entre 1/8 et 1/6, où λ1est la longueur d’onde centrale d’un signal radiofréquence émis et/ou reçu par l’antenne en T (310; 510; 610; 910), en utilisation.
  5. Dispositif (20; 900) selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la région en forme de T (313A ; 511B ; 613A) présente une hauteur L2, définie selon un axe parallèle à la seconde barre rectiligne (3132A), et en ce qu’un rapport L2/λ1est compris entre 0,45 et 0,65, où λ1est la longueur d’onde centrale d’un signal radiofréquence émis et/ou reçu par l’antenne en T (310 ; 510 ; 610 ; 910), en utilisation.
  6. Dispositif (20 ; 900) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la région en forme de T (313A ; 511B) appartient à l’un parmi le premier plan de masse (313 ; 513) et la première surface métallique d’excitation (311 ; 511), avec la base (3132A) du T superposée et alignée avec une région rectiligne (311A ; 513A) de l’autre parmi le premier plan de masse et la première surface métallique d’excitation.
  7. Dispositif (20) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la région en forme de T (613A) appartient à l’un parmi le premier plan de masse et la première surface métallique d’excitation, et s’étend au regard d’une seconde région en forme de T (611B) appartenant à l’autre parmi le premier plan de masse et la première surface métallique d’excitation.
  8. Dispositif (20 ; 900) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la région en forme de T (313A ; 613A) appartient au premier plan de masse (313 ; 613).
  9. Dispositif (20 ; 900) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la région rectangulaire (721A) de l’antenne rectangulaire (720 ; 920) présente une hauteur L3 et une largeur L4, avec un rapport L3/L4 supérieur ou égal à 1,5.
  10. Dispositif (20 ; 900) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’un rapport L3/λ2est compris entre 0,8 et 1, où λ2est la longueur d’onde centrale d’un signal radiofréquence émis et/ou reçu par l’antenne rectangulaire (720 ; 920), en utilisation.
  11. Dispositif (20 ; 900) selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu’un rapport L4/λ2est compris entre 0,45 et 0,55, où λ2est la longueur d’onde centrale d’un signal radiofréquence émis et/ou reçu par l’antenne rectangulaire (720 ; 920), en utilisation.
  12. Dispositif (20 ; 900) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que :
    - l’antenne en T (310 ; 510 ; 610 ; 910) est configurée pour que ses deux lobes latéraux (341) de fort rayonnement soient orientés selon deux axes respectifs (343) inclinés entre eux d’un angle compris entre 120° et 160° ; et
    - l’antenne rectangulaire (720 ; 920) est configurée pour que ses deux lobes latéraux (741) de fort rayonnement soient orientés selon deux axes respectifs (743) inclinés entre eux d’un angle compris entre 120° et 160°.
  13. Système de détection de geste (1000), destiné à être intégré au sein d’un véhicule automobile (2), et comportant :
    - un dispositif (20 ; 900) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 ; et
    - un module de traitement de signal (150), configuré pour recevoir en entrée un signal électrique en provenance dudit dispositif (20 ; 900), et pour analyser ledit signal électrique de manière à fournir en sortie une information (151) relative à un geste effectué par un opérateur humain.
  14. Système (1000) selon la revendication 13, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une unité de pilotage d’ouverture (160), configurée pour recevoir en entrée l’information (151) relative à un geste effectué par un opérateur humain, et pour fournir en réponse une consigne (161) d’ouverture d’un ouvrant de véhicule automobile.
  15. Véhicule automobile (2) comportant un dispositif (20 ; 900) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel ledit dispositif (20 ; 900) est agencé à l’arrière du véhicule automobile, avec l’une parmi la première et la seconde zone de détection (Z1 ; Z2) qui est orientée vers l’arrière du véhicule, et avec l’autre parmi la première et la seconde zone de détection (Z2 ; Z1) qui est orientée vers le sol, en utilisation.
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