WO2002097916A1 - Antenne a plaque - Google Patents

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WO2002097916A1
WO2002097916A1 PCT/FR2002/001818 FR0201818W WO02097916A1 WO 2002097916 A1 WO2002097916 A1 WO 2002097916A1 FR 0201818 W FR0201818 W FR 0201818W WO 02097916 A1 WO02097916 A1 WO 02097916A1
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ground plane
antenna
radiant element
means forming
passive component
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PCT/FR2002/001818
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Ayoub Annabi
Frédéric DIXIMUS
Roland Vincent
Daniel Leclerc
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Amphenol Socapex
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    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
    • H01Q1/243Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
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    • H01Q9/0421Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element
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    • H01Q9/0442Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular tuning means
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    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line

Definitions

  • the present invention relates to a plate antenna and in particular but not exclusively to a plate antenna usable for portable radiotelephones.
  • a plate antenna comprises on the one hand, a ground plane and on the other hand, a radiant element which, in this particular case, is a conductive plate which is electromagnetically connected to an antenna conductor called the more often "feeder".
  • European patent application 1 091 444 discloses a plate type antenna which comprises a ground plane, a radiating plate parallel to the ground plane and a portion of conductive plate electrically connecting the radiating plate to the ground plane. This portion of plate constitutes a short circuit.
  • the electromagnetic coupling between the antenna conductor and the radiating plate is constituted by a metal plate arranged opposite the radiating plate, this metal plate being connected to the central conductor of the antenna conductor. By electromagnetic coupling, the connection between the antenna conductor and the radiating plate is thus obtained both in transmission and in reception.
  • this type of plate antenna has a drawback in the case where it is desired in particular to use it in a portable radiotelephone.
  • the ground plane is generally produced on a part of the radiotelephone printed circuit while the radiating plate is fixed to the bottom of the case.
  • the electrical connection between the short-circuit plate and the ground plane is uniform and has a high conductivity, which requires the use of a relatively elaborate short-circuit electrical connection system between the plate and the ground plan.
  • the use of this connector therefore very significantly increases the overall cost of the antenna while as we know, the trend is to reduce the manufacturing cost of portable radiotelephones.
  • An object of the present invention is to provide an antenna of the plate type which makes it possible to avoid the drawbacks mentioned above and in particular the use of a connector to produce the short circuit.
  • the plate type antenna system comprises means forming a ground plane, a radiant element disposed opposite the means forming a ground plane and disposed at a predetermined distance from the plane; and it further includes:
  • the antenna system is devoid of means forming a short circuit between said radiant element and said means forming a ground plane.
  • the antenna system does not have a short circuit, the drawbacks mentioned above are avoided. It should be added that by properly choosing the characteristics of the passive component and the position thereof with respect to the radiant element, it is possible to obtain an adaptation of suitable impedance, for example at 50 ohms, without using specific components d impedance matching.
  • the passive component consists of a conductive plane electrically connected to the feed point of the antenna and connected to the means forming a ground plane by a short circuit.
  • the passive component is a conductive plane connected to the feed point of the antenna.
  • An additional object of the invention is to provide an antenna of the type mentioned above which also makes it possible to adapt the width of the passband corresponding to the frequency or frequencies to which the antenna must operate and which also makes it possible to reduce the length, that is to say the total dimensions of the antenna for predetermined frequency ranges.
  • the antenna system is characterized in that it further comprises adaptation means distinct from the passive component, these adaptation means being mounted between the radiant element, for example the radiating plate, and the means forming a ground plane.
  • the adaptation means comprise a second conductive surface entirely opposite a second zone of the radiant element and without electrical or mechanical contact with said element radiant, said second conductive surface being electrically connected to the means forming a ground plane.
  • the adaptation means comprise a variable capacitive element, one armature of which is connected to the radiant element and the other armature of which is connected to the means forming a ground plane.
  • the bandwidth of the antenna thus obtained can be adjusted or adjusted.
  • the adaptation means comprise, in addition to the second conductive surface, an adaptation component which is electrically mounted between the second conductive surface and the means forming a ground plane.
  • the adaptation component can advantageously consist of a capacitor or possibly an inductor.
  • FIG. 1A is an elevation view of a simplified embodiment of the antenna according to the invention
  • Figure 1B is a top view of the antenna shown in Figure 1A
  • Figure 2 is a partial perspective view of a first embodiment of the antenna of Figure 1A
  • Figure 3 is a second embodiment of the antenna shown in Figure 1A
  • Figure 4 shows a curve representative of the operation of the antenna of Figure 2
  • Figure 5 shows in elevation a first embodiment of the antenna according to its improved mode of implementation
  • FIGS. 6A and 6B respectively show in elevation and in top view a second embodiment of the antenna according to its improved mode of implementation
  • FIG. 7A shows a first variant of the embodiment of FIG.
  • FIGS. 1A and 1B show curves representative of the operation of the antenna of FIG. 8.
  • FIGS. 1A and 1B an embodiment of the antenna will be described in a simplified manner. the invention.
  • a ground plane 10 and a radiating plate 12 which in this particular case constitutes the radiant element.
  • a passive component 16 constituted in this particular case by a conductive metal plate or conductive surface which will be described in more detail later is electrically connected to the feed point of the antenna, that is to say in this mode of production to the central conductor 18 of an antenna coaxial cable 20 which is itself connected to the processing circuit 22 for transmission and reception.
  • additional active components such as 24 mounted between the conductive plate 16 and the ground plane.
  • the additional active components 24 are used to modify the resonance conditions of the antenna.
  • the passive component 16 is electromagnetically coupled with the radiating plate 12, this coupling as will be explained later may be of the capacitive type or of the magnetic type.
  • the passive element constituted by the conductive plate 16 is entirely disposed opposite the radiating plate and that no mechanical element connects this conductive plate to the radiating plate. It is the air interposed between these two conductive elements which allows the electromagnetic coupling.
  • FIG. 1B the antenna of FIG. 1A is partially shown in top view.
  • This figure shows that it is possible to arrange the passive component 16 relative to the radiating plate 12 which preferably has the shape of a rectangle at a point A such that the adaptation of impedance for example to 50 ohms is directly obtained. This arrangement avoids the use of electrical components for impedance matching.
  • FIG 2 there is shown a first particular embodiment of the antenna of Figure 1A with a capacitive coupling.
  • the passive component 16 is constituted by a metallic plane, for example, of generally circular shape 30.
  • the distance h between the conductive plane or plate 30 and the radiating plate 12 is equal to 2 mm while the distance H between the ground plane 10 and the radiating plate 12 is equal to 5 mm.
  • the dimensions of the radiating plate 12 are 41 mm x 28 mm and the dimensions of the ground plane are 51 mm x 30 mm.
  • the diameter d of the conducting plane 30 is preferably between 6 and 8 mm.
  • a capacitive coupling is obtained between the plane 30 and the radiating plate 12.
  • the passive component consists of a conductive plate 32 connected to the ground plane 10 by a short circuit 34.
  • the plate 32 is connected to the central conductor 18 of the coaxial cable 20.
  • the radiating plate and the ground plane have the same dimensions as in the previous example.
  • the plane 32 is preferably rectangular in shape and has dimensions equal to 8 mm and 14 mm.
  • the distances h and H are the same as in the case of FIG. 4.
  • the assembly formed by the plane 32, the short circuit 34 and the corresponding portion of the ground plane functions as an exciter capable of initiating the inductive coupling between itself and the radiating plate. when it receives a signal from the antenna feed.
  • Figure 4 shows that the tests made with the antenna of Figure 4 produce very good results. This curve which gives the return loss (SU) or ROS as a function of the frequency shows a very clear resonance for 1.601 GHz.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the improved embodiment of the antenna.
  • the radiating plate 12 forming the radiant element
  • the coaxial antenna conductor 20 with its central conductor 18 and its shield 21 electrically connected to the plane of mass 10 and the passive element 16 constituted by a conductive plate facing the area Al of the radiating plate 12.
  • the adaptation means which bear the general reference 40 are constituted by a variable capacity 42, a first frame 44 of which is electrically connected to the ground plane 10 and the second frame of which 46 is electrically connected to the radiating plate. 12.
  • the conductive wire 48 which connects the armature 46 to the radiating plate 12 is connected to the latter in a zone A2 distinct from the zone Al.
  • variable capacitor 42 allows, by a judicious choice of its value, to adapt the bandwidth of the antenna relative to that which the antenna would have had without the means of adaptation and to provide the radiating plate 12, an antenna length greater than its physical length. This capacity can be achieved using microstrip technology.
  • FIGS. 6A and 6B The first exemplary embodiment is shown in FIGS. 6A and 6B.
  • the ground plane 10 we find the ground plane 10, the radiating plate 12 parallel to the ground plane 10 as well as the passive element 16 opposite the area Al of the plate 12.
  • the passive element 16 is connected as this has already explained to the central conductor 18 of the coaxial conductor 20.
  • the adapter element 40 is constituted by a conductive surface or plate 50 disposed entirely opposite the area A2 of the plate 12 distinct from the area A1. This plate 50 is connected by an electrical conductor 52 to the ground plane 10.
  • the conductive plate 50 is neither in electrical nor mechanical contact with the radiating plate 12, only air being interposed between these two components. With this arrangement, the coupling produced between the plate 50 and the radiating plate 12 makes it possible to introduce the desired adaptation factor to modify the width of the operating frequency band of the antenna and also modify its apparent length.
  • the distance h between the plate 50 and the radiating plate 12 is equal to 1 mm
  • the dimensions L and 1 of the ground plane 10 are 110 mm by 85 mm
  • the dimensions of the radiating plate 12 L 'and I' are 32 mm by 50 mm
  • the distances dl and d2 between the center of the zones Al and A2 and the edges of the radiating plate are of the order of 12 mm
  • the zones Al and A2 are arranged substantially according to the median MM 'of the radiating plate
  • the diameter D of the plate 50 is 8 mm while the diameter of the plate 16 forming the passive component is between 6 and 10 mm.
  • the adaptation element 40 is always constituted by a conductive plate 50 identical to that of FIG.
  • this plate is connected to the ground plane 10 by means of a variable capacity 54. Furthermore, this embodiment is identical to that of FIG. 6A. It is understood that by giving the variable capacity 54 whose armatures are electrically connected to the plate 50 and to the ground plane 10 a suitable value, it is possible to adapt the width of the bandwidth to the desired value and also adapt the length " resonant "of the resonant plate 12.
  • the embodiment of FIG. 7B differs from that of FIG. 7A only by replacing the capacitor 54 mounted between the ground plane and the conductive plate 50 by an inductor 54 '.
  • the adaptation element 40 always includes the conductive plate 50 but the latter is electrically connected to the axial conductor 58 of a portion of coaxial cable 60.
  • the shield 62 of the cable is electrically connected to the ground plane 10.
  • This portion of coaxial cable constitutes a capacity.
  • the length b of the coaxial cable 60 is preferably defined in such a way that it corresponds to ⁇ / 2, ⁇ being the main wavelength to which the antenna is tuned.
  • the adaptation element always comprises the conductive plate 50 of electromagnetic coupling with the radiating plate 12 but it also comprises a portion 68 of coaxial cable whose coaxial conductor 70 is electrically connected to the plate 50 and whose shield 72 is connected to the ground plane 10.
  • the axial conductor 70 has a second end 70B opposite its end 70A connected to the plate 50 which is electrically connected to the shield 72.
  • the length b2 of the element of the coaxial cable is equal to ⁇ / 4, ⁇ being the main wavelength to which the antenna device is connected.
  • the compensation element 40 consists of a conductive plate 50 in electromagnetic coupling with the radiating plate 12.
  • the plate 50 is connected to a Varicap diode 80.
  • the plate 50 is also connected to the ground plane 10 by a choke coil 84.
  • the diode 80 is connected by the conductor 82 to an active control circuit 86 making it possible to adjust the width of the passband and the resonance frequency.
  • the capacity forming the adaptation component between the second passive component and the ground plane can be achieved using microstrip technology.
  • the installation of the adaptation means 40 electromagnetically coupled to the radiating plate 12 by the conductive plate 50 and electrically connected to the ground plane 10 makes it possible to modify the "natural" characteristics of the antenna to give it the desired characteristics, in particular as regards the width of the bandwidth (s). More precisely, this adaptation is obtained by appropriately choosing the position of the passive component 40 relative to the radiating plate 12.
  • Figures 11 and 12 show the curves obtained with the antenna shown in Figure 8 with a capacity of the order of 1 to 10 pF and geometric characteristics described above.
  • the installation of the adaptation component 40 allows: - to physically shorten the length L of the radiating plate 12;
  • curve 11 corresponding to the embodiment of FIG. 8 shows that:
  • the quality factor has decreased which increases the bandwidth; . the first resonance is at a frequency of 1.07 GHz.
  • This frequency would correspond to a half-wavelength of 140 mm in the open air while the plate 12 has a length of 50 mm from the radiant element, hence the shortening effect;
  • Figure 12 illustrates the displacement of the resonance peak, from curve 1 with a resonance frequency of 1.8 GHz to curve 2 with a resonance frequency of 1.52 GHz.

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Abstract

L'invention concerne une antenne du type à plaque comprenant: un plan de masse (10); et un élément radiant disposé en regard des moyens formant un plan de masse. Il comprend en outre: un composant passif (16) disposé entièrement en regard dudit élément radiant (12), sans contact électrique direct avec celui-ci, pour réaliser un couplage électromagnétique entre ledit composant passif et ledit élément radiant, ledit composant passif étant dépourvu de liaison mécanique entre lui-même et l'élément radiant de telle manière qu'un espace vide existe entre lui-même et l'élément radiant, ledit composant passif étant isolé par rapport au plan de masse et étant reliable électriquement au point d'alimentation d'antenne. De plus, ledit système d'antenne est dépourvu de court-circuit entre ledit élément radiant et le plan de masse.

Description

Antenne à plaque
La présente invention a pour objet une antenne à plaque et notamment mais non exclusivement une antenne à plaque utilisable pour des radiotéléphones portatifs.
Dans le cas des radiotéléphones portatifs, la tendance est de remplacer l'antenne externe par une antenne interne du type à plaque. De façon simplifiée, une antenne à plaque comporte d'une part, un plan de masse et d'autre part, un élément radiant qui, dans ce cas particulier, est une plaque conductrice qui est électromagnétiquement reliée à un conducteur d'antenne appelé le plus souvent "feeder".
On connaît par la demande de brevet européen 1 091 444 une antenne du type à plaque qui comporte un plan de masse, une plaque rayonnante parallèle au plan de masse et une portion de plaque conductrice reliant électriquement la plaque rayonnante au plan de masse. Cette portion de plaque constitue un court-circuit. Le couplage électromagnétique entre le conducteur d'antenne et la plaque rayonnante est constitué par une plaque métallique disposée en regard de la plaque rayonnante, cette plaque métallique étant reliée au conducteur central du conducteur d'antenne. Par couplage électromagnétique, on obtient ainsi la liaison entre le conducteur d'antenne et la plaque rayonnante aussi bien en émission qu'en réception.
Cependant, ce type d'antenne à plaque présente un inconvénient dans le cas où l'on souhaite notamment l'utiliser dans un radiotéléphone portatif. En effet, dans ce cas, le plan de masse est en général réalisé sur une partie du circuit imprimé du radiotéléphone alors que la plaque rayonnante est fixée sur le fond du boîtier. Pour réaliser le court-circuit mentionné ci-dessus, il est donc nécessaire de prévoir un élément de plaque conductrice et un organe de connexion électrique de court-circuit entre cette plaque et le plan de masse pour réaliser la fonction de court-circuit. De plus, il est nécessaire que la connexion électrique entre la plaque de court-circuit et le plan de masse soit uniforme et présente une conductivité élevée, ce qui impose d'utiliser un système de connexion électrique de court-circuit relativement élaboré entre la plaque et le plan de masse. L'utilisation de ce connecteur augmente donc très sensiblement le coût global de l'antenne alors que comme on le sait la tendance est à réduire le coût de fabrication des radiotéléphones portatifs.
Un objet de la présente invention est de fournir une antenne du type à plaque qui permet d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus et notamment l'utilisation d'un connecteur pour réaliser le court-circuit.
Pour atteindre ce but selon l'invention, le système d'antenne du type à plaque comprend des moyens formant un plan de masse, un élément radiant disposé en regard des moyens formant un plan de masse et disposé à une distance prédéterminée du plan ; et il comprend en outre :
- un composant passif disposé entièrement en regard dudit élément radiant, sans contact électrique direct avec celui-ci, pour réaliser un couplage électromagnétique entre ledit composant passif et ledit élément radiant, ledit composant passif étant dépourvu de liaison mécanique entre lui-même et l'élément radiant de telle manière qu'un espace vide existe entre lui-même et l'élément radiant, ledit composant passif étant isolé par rapport aux moyens formant plan de masse et étant reliable électriquement au point d'alimentation d'antenne. De plus, le système d'antenne est dépourvu de moyens formant court-circuit entre ledit élément radiant et lesdits moyens formant plan de masse.
On comprend que du fait que le système d'antenne ne comporte pas de court-circuit, les inconvénients mentionnés ci-dessus sont évités. Il faut ajouter qu'en choisissant convenablement les caractéristiques du composant passif et la position de celui-ci par rapport à l'élément radiant, on peut obtenir une adaptation d'impédance convenable, par exemple à 50 ohms, sans utiliser de composants spécifiques d'adaptation d'impédance.
Selon un premier mode de mise en œuvre, le composant passif est constitué par un plan conducteur relié électriquement au point d'alimentation de l'antenne et relié aux moyens formant plan de masse par un court-circuit.
Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, le composant passif est un plan conducteur relié au point d'alimentation de l'antenne.
Un objet complémentaire de l'invention est de fournir une antenne du type mentionné ci-dessus qui permet en outre d'adapter la largeur de la bande passante correspondant à la ou aux fréquences auxquelles doit fonctionner l'antenne et qui permet de plus de réduire la longueur, c'est-à-dire les dimensions totales de l'antenne pour des plages de fréquence prédéterminées.
Pour atteindre ce but, le système d'antenne se caractérise en ce qu'il comprend en outre des moyens d'adaptation distincts du composant passif, ces moyens d'adaptation étant montés entre l'élément radiant, par exemple la plaque rayonnante, et les moyens formant plan de masse.
Ces moyens d'adaptation qui viennent s'ajouter au composant passif permettant le couplage électromagnétique entre le conducteur d'antenne et l'élément radiant, permettent pour une géométrie d'élément radiant en particulier de la plaque rayonnante, d'adapter la largeur de bande passante et de réduire les dimensions géométriques de l'élément radiant.
Selon un premier mode de mise en œuvre du mode de réalisation perfectionné de l'invention, les moyens d'adaptation comprennent une deuxième surface conductrice entièrement en regard d'une deuxième zone de l'élément radiant et sans contact électrique ou mécanique avec ledit élément radiant, ladite deuxième surface conductrice étant reliée électriquement au moyen formant plan de masse. Selon un deuxième mode de mise en œuvre du mode perfectionné de réalisation, les moyens d'adaptation comprennent un élément capacitif variable dont une armature est reliée à l'élément radiant et dont l'autre armature est reliée aux moyens formant plan de masse.
En choisissant convenablement la valeur de la capacité, on peut régler ou adapter la largeur de bande de l'antenne ainsi obtenue.
L'impédance du système permettant le couplage électromagnétique entre la deuxième surface et l'élément radiant permet de modifier la largeur de bande de l'antenne pour les fréquences de travail considérées. Selon un mode préféré de réalisation, les moyens d'adaptation comprennent outre la deuxième surface conductrice, un composant d'adaptation qui est électriquement monté entre la deuxième surface conductrice et les moyens formant plan de masse.
Grâce à la présence de ce composant, on peut adapter la largeur de bande et réduire la longueur de la plaque de l'élément radiant de façon plus précise et plus importante. En particulier, le composant d'adaptation peut être avantageusement constitué par une capacité ou éventuellement une inductance.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs.
La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles : la figure 1A est une vue en élévation d'un mode de réalisation simplifié de l'antenne conforme à l'invention ; la figure 1B est une vue de dessus de l'antenne représentée sur la figure 1A ; la figure 2 est une vue partielle en perspective d'un premier exemple de réalisation de l'antenne de la figure 1A ; la figure 3 est un deuxième exemple de réalisation de l'antenne représentée sur la figure 1A ; la figure 4 montre une courbe représentative du fonctionnement de l'antenne de la figure 2 ; la figure 5 montre en élévation un premier mode de réalisation de l'antenne selon son mode de mise en œuvre perfectionné ; les figures 6A et 6B montrent respectivement en élévation et en vue de dessus un deuxième mode de réalisation de l'antenne selon son mode de mise en œuvre perfectionné ; la figure 7A montre une première variante du mode de réalisation de la figure 6A ; la figure 7B montre une alternative à la première variante du mode de réalisation de la figure 6A ; la figure 8 montre une deuxième variante du mode de réalisation de la figure 6A ; la figure 9 montre une troisième variante du mode de réalisation de la figure 6A ; la figure 10 montre une quatrième variante de réalisation du mode de réalisation de la figure 6A ; et les figures 11 et 12 montrent des courbes représentatives du fonctionnement de l'antenne de la figure 8. En se référant tout d'abord aux figures 1A et 1B, on va décrire de façon simplifiée un mode de réalisation de l'antenne conforme à l'invention. Sur la figure 1A, on a représenté un plan de masse 10 et une plaque rayonnante 12 qui constitue dans ce cas particulier l'élément radiant. Un composant passif 16 constitué dans ce cas particulier par une plaquette métallique conductrice ou surface conductrice que l'on décrira plus en détail ultérieurement est relié électriquement au point d'alimentation de l'antenne, c'est-à-dire dans ce mode de réalisation au conducteur central 18 d'un câble coaxial d'antenne 20 qui est lui-même relié au circuit de traitement 22 d'émission et de réception. En plus du composant passif 16, il est possible de prévoir des composants actifs additionnels tels que 24 montés entre la plaquette conductrice 16 et le plan de masse. Les composants actifs additionnels 24 servent à la modification des conditions de résonance de l'antenne. Dans ce mode de réalisation, le composant passif 16 est couplé électromagnétiquement avec la plaque rayonnante 12, ce couplage comme on l'expliquera ultérieurement pouvant être du type capacitif ou du type magnétique.
On comprend que l'élément passif constitué par la plaquette conductrice 16 est entièrement disposé en regard de la plaque rayonnante et qu'aucun élément mécanique ne relie cette plaquette conductrice à la plaque rayonnante. C'est l'air interposé entre ces deux éléments conducteurs qui permet le couplage électromagnétique.
Sur la figure 1B, on a représenté partiellement l'antenne de la figure 1A en vue de dessus. Cette figure montre qu'il est possible de disposer le composant passif 16 par rapport à la plaque rayonnante 12 qui a de préférence la forme d'un rectangle en un point A tel que l'adaptation d'impédance par exemple à 50 ohms soit directement obtenue. Cette disposition permet d'éviter l'utilisation de composants électriques d'adaptation d'impédance.
On comprend également qu'il n'existe aucune liaison mécanique entre le plan de masse 10 et la plaque rayonnante 12 et qu'il n'existe pas davantage de connexion électrique. On peut donc, dans le cas d'un radiotéléphone portatif, fixer la plaque rayonnante 12 sur la face interne du fond du boîtier du radiotéléphone alors que le plan de masse 10 est constitué par une partie du circuit imprimé du radiotéléphone.
Sur la figure 2, on a représenté un premier mode particulier de réalisation de l'antenne de la figure 1A avec un couplage capacitif. Le composant passif 16 est constitué par un plan métallique, par exemple, de forme générale circulaire 30. La distance h entre le plan conducteur ou plaquette 30 et la plaque rayonnante 12 est égale à 2 mm alors que la distance H entre le plan de masse 10 et la plaque rayonnante 12 est égale à 5 mm. Dans ce mode de réalisation, les dimensions de la plaque rayonnante 12 sont de 41 mm x 28 mm et les dimensions du plan de masse sont de 51 mm x 30 mm. Le diamètre d du plan conducteur 30 est de préférence compris entre 6 et 8 mm. On obtient un couplage capacitif entre le plan 30 et la plaque rayonnante 12.
Sur la figure 3, on a représenté une antenne à plaque avec couplage inductif. Dans ce mode de réalisation représenté, le composant passif est constitué par une plaquette conductrice 32 reliée au plan de masse 10 par un court-circuit 34. Bien entendu, la plaquette 32 est reliée au conducteur central 18 du câble coaxial 20.
La plaque rayonnante et le plan de masse ont les mêmes dimensions que dans l'exemple précédent. Le plan 32 est de préférence de forme rectangulaire et présente des dimensions égales à 8 mm et 14 mm. Les distances h et H sont les mêmes que dans le cas de la figure 4.
Dans ce mode de réalisation à couplage inductif, l'ensemble constitué par le plan 32, le court-circuit 34 et la portion correspondante du plan de masse fonctionne comme un excitateur capable d'amorcer le couplage inductif entre lui-même et la plaque rayonnante lorsqu'il reçoit un signal par l'alimentation d'antenne.
La figure 4 montre que les essais faits avec l'antenne de la figure 4 produisent de très bons résultats. Cette courbe qui donne la perte en retour (SU) ou ROS en fonction de la fréquence montre une résonance très nette pour 1,601 GHz.
En se référant maintenant aux figures 5 à 10, on va décrire différents modes de réalisation du mode de mise en œuvre perfectionné de l'antenne, c'est-à-dire d'une antenne conforme à l'invention comportant les moyens d'adaptation.
Sur la figure 5, on a représenté un mode de réalisation du mode de mise en œuvre perfectionné de l'antenne. Dans ce mode de réalisation, on retrouve le plan de masse 10, la plaque rayonnante 12 formant l'élément radiant, le conducteur coaxial d'antenne 20 avec son conducteur central 18 et son blindage 21 raccordé électriquement au plan de masse 10 et l'élément passif 16 constitué par une plaque conductrice en regard de la zone Al de la plaque rayonnante 12.
Dans ce mode de réalisation, les moyens d'adaptation qui portent la référence générale 40 sont constitués par une capacité variable 42 dont une première armature 44 est reliée électriquement au plan de masse 10 et dont la deuxième armature 46 est reliée électriquement à la plaque rayonnante 12.
Le fil conducteur 48 qui relie l'armature 46 à la plaque rayonnante 12 est raccordé à celle-ci dans une zone A2 distincte de la zone Al.
La présence de la capacité variable 42 permet par un choix judicieux de sa valeur, d'adapter la bande passante de l'antenne par rapport à celle qu'aurait eu l'antenne sans le moyen d'adaptation et de procurer à la plaque rayonnante 12, une longueur d'antenne supérieure à sa longueur physique. Cette capacité peut être réalisée en technologie microstrip.
On voit que, dans ce premier mode de réalisation, il existe une liaison mécanique entre le plan de masse et la plaque rayonnante.
Cependant, cette liaison est réduite et facile à réaliser puisqu'il s'agit de la soudure d'un conducteur électrique sur la plaque rayonnante 12.
Sur les figures 6 à 10, on a représenté quatre exemples de réalisation d'un autre mode de réalisation du mode de mise en œuvre perfectionné de l'antenne munie des moyens d'adaptation.
Le premier exemple de réalisation est montré sur les figures 6A et 6B. Sur ces figures, on retrouve le plan de masse 10, la plaque rayonnante 12 parallèle au plan de masse 10 ainsi que l'élément passif 16 en regard de la zone Al de la plaque 12. L'élément passif 16 est raccordé comme cela a déjà été expliqué au conducteur central 18 du conducteur coaxial 20. Dans ce mode de réalisation, l'élément d'adaptation 40 est constitué par une surface ou plaque conductrice 50 disposée entièrement en regard de la zone A2 de la plaque 12 distincte de la zone Al. Cette plaque 50 est reliée par un conducteur électrique 52 au plan de masse 10.
La plaque conductrice 50 n'est en contact ni électrique, ni mécanique avec la plaque rayonnante 12, seul de l'air étant interposé entre ces deux composants. Avec cette disposition, le couplage réalisé entre la plaque 50 et la plaque rayonnante 12 permet d'introduire le facteur d'adaptation souhaité pour modifier la largeur de la bande de fréquence de fonctionnement de l'antenne et modifier également sa longueur apparente.
Dans ce mode de réalisation, la distance h entre la plaque 50 et la plaque rayonnante 12 est égale à 1 mm, les dimensions L et 1 du plan de masse 10 sont de 110 mm par 85 mm, les dimensions de la plaque rayonnante 12 L' et I' sont de 32 mm par 50 mm, les distances dl et d2 entre le centre des zones Al et A2 et les bords de la plaque rayonnante sont de l'ordre de 12 mm, les zones Al et A2 sont disposées sensiblement selon la médiane MM' de la plaque rayonnante, le diamètre D de la plaque 50 est de 8 mm alors que le diamètre de la plaque 16 formant le composant passif est compris entre 6 et 10 mm. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 7A, l'élément d'adaptation 40 est constitué toujours par une plaque conductrice 50 identique à celle de la figure 6A, mais cette plaque est reliée au plan de masse 10 par l'intermédiaire d'une capacité variable 54. Par ailleurs, ce mode de réalisation est identique à celui de la figure 6A. On comprend qu'en donnant à la capacité variable 54 dont les armatures sont raccordées électriquement à la plaque 50 et au plan de masse 10 une valeur convenable, on peut adapter à la valeur souhaitée la largeur de la bande passante et adapter également la longueur "résonante" de la plaque résonante 12. Le mode de réalisation de la figure 7B ne se distingue de celui de la figure 7A que par le remplacement de la capacité 54 montée entre le plan de masse et la plaque conductrice 50 par une inductance 54'.
Sur la figure 8, on a représenté une variante de réalisation dans laquelle l'élément d'adaptation 40 comporte toujours la plaque conductrice 50 mais celle-ci est reliée électriquement au conducteur axial 58 d'une portion de câble coaxial 60. Le blindage 62 du câble est relié électriquement au plan de masse 10. Cette portion de câble coaxial constitue une capacité. La longueur b du câble coaxial 60 est de préférence définie de telle manière qu'elle corresponde à λ/2, λ étant la longueur d'onde principale sur laquelle est accordée l'antenne. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 9, l'élément d'adaptation comporte toujours la plaque conductrice 50 de couplage électromagnétique avec la plaque rayonnante 12 mais il comprend également une portion 68 de câble coaxial dont le conducteur coaxial 70 est relié électriquement à la plaque 50 et dont le blindage 72 est relié au plan de masse 10. Dans ce mode de réalisation, le conducteur axial 70 présente une deuxième extrémité 70B opposée à son extrémité 70A reliée à la plaque 50 qui est électriquement reliée au blindage 72. De préférence, dans ce cas, la longueur b2 de l'élément du câble coaxial est égale à λ/4, λ étant la longueur d'onde principale sur laquelle est raccordé le dispositif d'antenne.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 10, l'élément de compensation 40 est constitué par une plaque conductrice 50 en couplage électromagnétique avec la plaque rayonnante 12. La plaque 50 est reliée à une diode Varicap 80. La plaque 50 est également reliée au plan de masse 10 par une bobine d'arrêt 84. La diode 80 est reliée par le conducteur 82 à un circuit 86 de contrôle actif permettant de régler la largeur de la bande passante et la fréquence de résonance.
Dans tous ces modes de réalisation représentés sur les figures 6 à 10, on retrouve donc la partie alimentation d'antenne qui est réalisée par le couplage électromagnétique entre la plaque 16 reliée aux tables coaxiales 20 d'alimentation d'antenne et la zone Al de la plaque rayonnante 12.
On comprend donc que dans tous ces modes de réalisation, il n'y a aucune liaison mécanique entre la plaque rayonnante 12 et les éléments associés au plan de masse 10, c'est-à-dire notamment les surfaces conductrices 16 et 50 et il est donc aisé de fixer la plaque rayonnante 12 sur la face interne du fond du boîtier de radiotéléphone et de solidariser les composants associés au plan de masse 10 sur le circuit imprimé du radiotéléphone.
La capacité formant le composant d'adaptation entre le deuxième composant passif et le plan de masse peut être réalisée en technologie microstrip.
Ainsi qu'on l'a déjà expliqué succinctement, la mise en place des moyens d'adaptation 40 couplés électromagnétiquement à la plaque rayonnante 12 par la plaquette conductrice 50 et connecté électriquement au plan de masse 10 permet de modifier les caractéristiques "naturelles" de l'antenne pour lui conférer les caractéristiques souhaitées notamment pour ce qui concerne la largeur de la ou des bandes passantes. Plus précisément, cette adaptation est obtenue en choisissant convenablement la position du composant passif 40 par rapport à la plaque rayonnante 12.
Les figures 11 et 12 montrent les courbes obtenues avec l'antenne représentée sur la figure 8 avec une capacité de l'ordre de 1 à 10 pF et des caractéristiques géométriques décrites précédemment.
La mise en place du composant d'adaptation 40 permet : - de raccourcir physiquement la longueur L de la plaque rayonnante 12 ;
- d'augmenter la bande passante à la résonance en diminuant le facteur de qualité ; et
- de contrôler les fréquences de résonance. Par rapport à la courbe 4 correspondant au mode de réalisation de la figure 3, la courbe 11 correspondant au mode de réalisation de la figure 8 montre que :
. le facteur de qualité a diminué ce qui augmente la bande passante ; . la première résonance se situe à une fréquence de 1,07 GHz.
Cette fréquence correspondrait à une demi-longueur d'onde de 140 mm à l'air libre alors que la plaque 12 a une longueur de 50 mm de l'élément radiant, d'où l'effet de raccourcissement ; et
. la bande passante dépasse 50 MHz à - 3 dB La figure 12 illustre le déplacement du pic de résonance, de la courbe 1 avec une fréquence de résonance de 1,8 GHz à la courbe 2 avec une fréquence de résonance de 1,52 GHz.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'antenne du type à plaque comprenant :
- des moyens formant un plan de masse ; et - un élément radiant disposé en regard des moyens formant un plan de masse et disposé à une distance prédéterminée du plan ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- un composant passif (16) disposé entièrement en regard dudit élément radiant (12), sans contact électrique direct avec celui-ci, pour réaliser un couplage électromagnétique entre ledit composant passif et ledit élément radiant, ledit composant passif étant dépourvu de liaison mécanique entre lui-même et l'élément radiant de telle manière qu'un espace vide existe entre lui-même et l'élément radiant, ledit composant passif étant isolé par rapport aux moyens formant plan de masse et étant reliable électriquement au point d'alimentation d'antenne et en ce que ledit système d'antenne est dépourvu de moyens formant court-circuit entre ledit élément radiant et lesdits moyens formant plan de masse.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit couplage est du type magnétique.
3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit couplage est du type capacitif.
4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit composant passif est constitué par un plan conducteur (32) relié électriquement au point d'alimentation de l'antenne et relié (34) à la masse.
5. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit composant passif (16) est un plan conducteur relié au point d'alimentation de l'antenne.
6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit plan conducteur (16) a la forme générale d'un disque dont les dimensions sont très réduites par rapport à celles de l'élément radiant.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des éléments électriques actifs (24) montés entre ledit composant passif et le point d'alimentation de l'antenne.
8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit élément radiant est une plaque rayonnante (12) parallèle aux moyens formant le plan de masse (10).
9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'adaptation (40) distincts dudit composant passif (16) montés entre ledit élément radiant et lesdits moyens formant plan de masse.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens d'adaptation comprennent une capacité variable (42) dont une armature est reliée à l'élément radiant (12) et dont l'autre armature est reliée aux moyens formant plan de masse.
11. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens d'adaptation comprennent une deuxième surface conductrice (50) entièrement en regard d'une deuxième zone de l'élément radiant et sans contact électrique ou mécanique avec ledit élément radiant, ladite surface conductrice étant reliée électriquement aux moyens formant plan de masse.
12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite deuxième surface conductrice (50) est reliée auxdits moyens formant plan de masse par un composant d'adaptation.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit composant d'adaptation est constitué par une capacité dont les armatures sont respectivement reliées audit deuxième composant passif et auxdits moyens formant plan de masse.
14. Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite capacité est constituée par une portion de câble coaxial dont le conducteur central est relié à la deuxième surface conductrice et dont le conducteur périphérique est relié auxdits moyens formant plan de masse.
15. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit conducteur axial est relié électriquement au conducteur périphérique.
16. Système selon l'une quelconque des revendications 10 et 13, caractérisé en ce que ladite capacité est réalisée en technologie microstrip.
17. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit composant d'adaptation est constitué par une inductance (54') dont les extrémités sont respectivement reliées audit deuxième composant passif et auxdits moyens formant plan de masse.
18. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit composant d'adaptation comprend des composants électroniques montés entre ladite deuxième surface conductrice et lesdits moyens formant plan de masse.
19. Système selon l'une quelconque des revendications 11 à 18, caractérisé en ce que ladite deuxième surface conductrice a sensiblement la forme d'un disque de dimensions très réduites par rapport à celles dudit élément radiant.
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