WO2003005486A1 - Antenne pour montre bracelet - Google Patents

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WO2003005486A1
WO2003005486A1 PCT/EP2002/007494 EP0207494W WO03005486A1 WO 2003005486 A1 WO2003005486 A1 WO 2003005486A1 EP 0207494 W EP0207494 W EP 0207494W WO 03005486 A1 WO03005486 A1 WO 03005486A1
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WO
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ground plane
antenna
ground
electronic module
instrument
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/007494
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English (en)
Inventor
David Barras
Brice Robin
Original Assignee
Eta Sa Manufacture Horlogère Suisse
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Publication date
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Priority to US10/478,659 priority patent/US6914564B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G21/00—Input or output devices integrated in time-pieces
    • G04G21/04—Input or output devices integrated in time-pieces using radio waves
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04R—RADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • G04R60/00—Constructional details
    • G04R60/06—Antennas attached to or integrated in clock or watch bodies
    • G04R60/08—Antennas attached to or integrated in clock or watch bodies inside bezels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/273—Adaptation for carrying or wearing by persons or animals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Definitions

  • the present invention relates generally to a patch type antenna for a portable electronic instrument of small volume, in particular for a timepiece.
  • This antenna is more particularly intended to allow the reception of positioning and navigation signals by satellites and to be thus incorporated in a receiver of positioning and navigation signals, such a receiver compatible with the American positioning system GPS, the system of Russian positioning GLONASS or the future European satellite positioning system GALILÉO.
  • the invention also relates to a portable electronic instrument comprising such a patch antenna.
  • a patch antenna also called microstrip antenna
  • the general shape of this type of antenna is generally parallelepiped. Excitation and ground conductors are respectively connected to this radiant element and this ground plane.
  • GPS watch - An analog quartz watch fitted with a very low consumption GPS receiver
  • P.-A. Farine et al. (Asulab SA), European Congress of Chronometry, CEC 2000, Geneva, 28-29 September 2000, session 7, communication 19, again presents an example of an electronic instrument in the form of a wristwatch comprising a GPS receiver and a patch antenna.
  • the patch antenna is placed in the 12 o'clock zone of the watch on its ground plane itself located on the main printed circuit of the watch. The dimensions of this antenna are approximately 13 x 13 x 4 mm.
  • a main aim of the present invention is thus to propose an antenna configuration for a portable electronic instrument of small volume which offers better flexibility for the design of the electronic instrument and the construction of which makes it possible, if necessary, to use metallic materials for the realization of the external covering of the instrument.
  • Another object of the present invention is to provide such a solution which, however, provides a robust mechanical support for the antenna while facilitating and simplifying its electrical connection to the electronic module of the portable instrument.
  • the present invention thus relates to a patch type antenna whose characteristics are set out in independent claim 1.
  • the present invention also relates to a portable electronic instrument of small volume, such as a wristwatch, the characteristics of which are set out in independent claim 7.
  • the ground plane of the antenna is advantageously formed of a stamped metal plate comprising at least one foot folded out of the ground plane and directly connecting the latter to the electronic module, this foot forming the conductor of mass of the antenna.
  • the assembly and connection of the antenna is greatly facilitated. It is indeed not necessary to provide the instrument with a pair of separate conductors, such as a coaxial conductor, to allow excitation of the antenna, the ground conductor advantageously being an integral part of the ground plane of the 'antenna.
  • the arrangement of the antenna is such that the various electronic and electrical components of the instrument are situated substantially behind the ground plane of the antenna, this proving an advantage in order to reduce interference with the antenna .
  • FIG. 1 is a plan view of a wristwatch constituting a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a sectional view of the wristwatch taken along the section line A-A 'in Figure 1;
  • FIG. 3a and 3b are respectively sectional and plan views of the patch type antenna fitted to the wristwatch of Figure 1;
  • - Figures 4a and 4b are respectively sectional and plan views of the ground plane of the antenna illustrated in Figures 3a and 3b; and
  • FIG. 5 is a sectional view of the type of Figure 2 illustrating a second embodiment of the invention also in the form of a wristwatch and in which the ground plane of the antenna is part part of an instrument shield plate.
  • FIG. 1 shows a plan view of a portable electronic instrument according to the invention indicated overall by the reference numeral 1 and advantageously being in the form of a wristwatch.
  • This wristwatch 1 is notably equipped with an antenna 20 electrically connected to an electronic module (6 in FIG. 2) placed inside the wristwatch.
  • this antenna 20 is intended to allow reception of radiofrequency signals emitted by one or more distant emission sources. More particularly, this antenna is intended to allow the reception of positioning and navigation signals by satellites, such as GPS (Global Positioning System) signals coming from the American NAVSTAR system or other positioning signals by satellites coming from similar systems such as the the Russian GLONASS system or the future European satellite positioning system GALILÉO.
  • GPS Global Positioning System
  • the wristwatch 1 has a general appearance analogous to a conventional wristwatch and comprises, in addition to the antenna 20, a case generally designated by the reference 2, a strap (not shown) attached to the case 2, a crystal 3 under which is arranged a display device 5 enclosed in the housing 2 (such as a liquid crystal display), and control members 12 to 16, namely five push-buttons placed one (16) at 6 o'clock and the other four (12 to 15) on the periphery of the case 2.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the wristwatch 1 illustrated in Figure 1 taken along the cutting line A-A 'parallel to the axis 6 h-12 h and passing through the center of the wristwatch.
  • the wristwatch 1 further comprises, arranged inside the housing 2, an electronic module 6 comprising in particular a printed circuit 60, on which are mounted the various electronic and electrical components of the instrument, as well as a source of supply 10 of electrical energy supplying in particular the electronic module 6 and the display device 5.
  • the power source 10 consists of a rechargeable accumulator placed in the bottom of the housing 2.
  • This power source 10 could nevertheless consist of a conventional battery (in which case a battery flap should preferably be provided in the bottom of the case in order to allow its exchange) or any other source capable of providing an adequate supply of electrical energy.
  • the display device 5 namely a liquid crystal display
  • the display device 5 is electrically connected to the electronic module 6 by a flexible connector 50.
  • An electroluminescent sheet designated by the reference numeral 56 is interposed between the display device 5 and the electronic module 6.
  • This electroluminescent sheet 56 is electrically connected to the electronic module 6 by a pair of designated connectors 57, only one of them being illustrated by way of explanation in FIG. 2.
  • Each of these connectors 57 comprises a pin and a contact spring.
  • the housing 2 comprises a covering body 4 having a bottom 4a and side walls 4b as well as a bezel element 7 adjusted on the covering body 4a.
  • the bottom 4a and the side walls 4b are preferably made in one piece, although it is conceivable to provide two separate pieces assembled to each other, and together form, in this example, a case back of the watch bracelet 1 to which the bracelet is typically attached (not shown).
  • the lens element 7 is adjusted on the covering body 4, or more exactly on the side walls 4b of the covering body 4, and supports the lens 3, the latter preferably being glued or welded to the element 7.
  • this lens element 7 is made of plastic material and the lens 3 is for example welded by a known ultrasonic process.
  • the spectacle element 7 is preferably tightly adjusted on the covering body, for example by means of an O-ring 30 placed between a shoulder formed on the periphery of element 7 and a similar shoulder formed on the side walls 4b of the covering body 4.
  • the antenna 20 is mechanically supported by the lens element 7 and rests on an external face, designated 7a, of this element.
  • This antenna 20 can optionally be glued to this outer face 7a or held by other suitable fixing means.
  • the antenna 20 is advantageously placed at 12 o'clock and in an inclined position relative to the plane, designated ⁇ , in which the display device 5 and the electronic module are located. In this way, the antenna is advantageously oriented substantially towards the top in order to optimize the reception of GPS signals for the natural position of the wrist when the wearer reads the information on the display device 5.
  • the element 7 also supports the control members 12 to 16 of the wristwatch.
  • the wristwatch 1 further comprises an additional element 8 forming a casing circle disposed in the housing 2 between the element forming the bezel 7 and the bottom 4a of the covering body 4.
  • the elements 7 and 8 form in some so the upper and lower parts of a container inside which are closed the display device 5 and the electronic module 6.
  • the power source 10 is disposed between the element forming a casing circle 8 and the bottom 4a of the covering body 4. It will easily be understood that this accumulator could alternately be enclosed between the elements 7 and 8 with the display device 5 and the electronic module 6.
  • the covering body 4 is made of metallic material and the lens element 7 (as well as the element 8) is made of plastic material.
  • An outer covering element, designated by the reference numeral 11 (cf. FIG. 1), of essentially annular shape is further adjusted on the element 7, for example by clipping, in order to cover this element 7.
  • the annular covering element 11 is preferably made of a metallic material similar to the material used for the production of the covering body 4 and has an opening 11a (indicated in FIG. 1) in which the antenna 20 is housed.
  • a protective cover made of dielectric material 9 is also attached to the lens element 7 in order to protect the antenna 20 from the external environment.
  • the annular covering element 11 and the cover of protection 9 could be made in one piece from a material which does not disturb the operation of the antenna 20.
  • the patch antenna 20 is of essentially parallelepiped shape having a radiant element 21 separated from a ground plane 23 of larger dimension by a dielectric 22, such as a ceramic element.
  • the radiant element 21 is excited by an excitation conductor 25 isolated from the ground plane 23 and passing through the dielectric 22 to be connected to the electronic module 6, the element 7 being provided with an opening 7c allowing the passage of this conductor excitation 25.
  • the ground plane 23 is itself electrically connected to the electronic module by a separate ground conductor 26 also passing through the opening 7c.
  • the antenna 20 thus rests on the outer face 7a of the lens element 7 by its ground plane 23.
  • this type of antenna is generally placed directly on the surface of the electronic module this having the drawbacks already mentioned, namely greater interference with the electronics of the watch requiring specific shielding as well as the impossibility, if desired, of making the case from a metallic material.
  • the ground plane 23 of the antenna 20 will preferably be glued to the outer face 7a of the lens element 7.
  • 3a and 3b thus respectively show a sectional view and a plan view of the patch antenna 20 used in the context of the first embodiment of the 'invention.
  • the excitation conductor 25 is offset from the center of symmetry of the radiant element 21, this in particular so that the antenna 20 has a circular type polarization. It will be noted that this decentring also participates in the definition of the antenna impedance.
  • the distance separating the excitation conductor 25 from the ground conductor 26 is also selected in a conventional manner to allow an adequate adaptation of the antenna to the associated reception circuit.
  • the ground plane 23 comprises two feet 26a and 26b extending out of the ground plane 23 and forming the ground conductor 26. It will be noted that these feet 26a and 26b are arranged so that they are arranged symmetrically on either side of the excitation conductor 25.
  • the figures 4a and 4b show in more detail the structure of the ground plane 23.
  • This ground plane 23 is advantageously produced from a metal plate formed by a conventional stamping process. This plate is initially cut so that it has a central opening 23a into which an extension 23b projects, having essentially the shape of a "U" opening in the central opening 23a and from which are finally formed the feet 26a, 26b.
  • the structure of the ground plane 23, at the end of the cutting operation, is illustrated in broken lines in FIG. 4b, the feet being designated at this stage by the numerical references 26a * and 26b * .
  • the extension 23b is subsequently folded back so that the legs 26a, 26b thus formed extend outside the ground plane 23 as illustrated.
  • the excitation conductor 25 is formed so as to present a similar profile as illustrated in FIGS. 3a and 3b.
  • the profile of the feet 26a, 26b and of the excitation conductor 25 is chosen so as to allow inclined positioning of the antenna 20 relative to the electronic module on which this antenna is connected.
  • the ground conductor 26 forms an integral part of the ground plane 23, thus greatly simplifying the connection of the antenna 20 to the electronic module 6, although this antenna 20 does not rest directly on the electronic module 6.
  • the ground conductor 26, namely the feet 26a and 26b of the ground plane 23, and the excitation conductor 25 are connected directly by welding to the printed circuit 60 of the electronic module 6, corresponding contact orifices being provided in the printed circuit 60.
  • the proposed antenna connector formed of conductors 25, 26 makes it possible to define a line whose impedance is adapted between the antenna and the line (not shown) on the printed circuit 60 and thus to minimize losses by mismatch (or "mismatch loss").
  • FIG. 5 shows for example another conceivable embodiment of the invention in which the ground plane of the antenna forms an integral part of a shielding plate of the portable electronic instrument.
  • FIG. 5 is suitable for the production of a portable instrument provided with a covering made of non-metallic material (eg plastic), or, in general, a material which does not disturb the operation of the antenna.
  • the wristwatch constituting another embodiment of a portable electronic instrument according to the invention is generally identified by the reference numeral 1 * .
  • the display device 5 connected by its flexible connector 50 to the printed circuit 60 of the electronic module 6, the electroluminescent sheet placed under the display device 5, the power source 10 as well as the patch antenna 20 with its radiant element 21, its dielectric 22, its plane of ground 23 and its excitation conductors 25 and ground 26.
  • These elements 5, 6, 10 and 20 are enclosed in a box designated here by the reference numeral 2 * and composed of two nested parts 4a * and 4b *.
  • the lower part 4a * forms in this example a case middle of the instrument and the element 4b * attached to the upper part forms a sort of cover of the housing of the instrument 4b *.
  • the instrument also comprises shielding elements 100 * and 102 * disposed respectively on the upper and lower faces of the printed circuit 60.
  • the upper shielding element 100 * consists of 'a stamped metal plate of which an end portion constitutes the ground plane 23 of the antenna 20.
  • the ground plane of the antenna 23 is an integral part of the antenna shielding structure. It should be noted that the antenna is always placed at a distance from the printed circuit 60 and does not rest directly on one face of this printed circuit 60.
  • the antenna 20 is again arranged in a plane inclined with respect to the plane in which the display device 5 and the electronic module are located, this in order to optimize the orientation of the antenna for reception of the positioning signals during normal reading of the data displayed by the display device 5.
  • the present invention is not limited to a wristwatch as illustrated in the figures, but applies to any other portable instrument which may or may not be worn on the wrist.
  • the antenna is always illustrated as being placed at 12 o'clock, this antenna can obviously be placed in other eccentric positions, for example at 9 o'clock, 3 o'clock or 6 o'clock, or even on the diagonals.

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Abstract

Il est décrit une antenne de type patch (20) pour instrument électronique portable de petit volume comprenant un élément radiant (21) séparé d'un plan de masse (23) par un diélectrique (22) et comprenant des conducteurs d'excitation (25) et de masse (26) pour la connexion électrique dudit élément radiant et dudit plan de masse (23), respectivement, à un module électronique (6). Le plan de masse (23) est forme d'une plaque de métal étampée comportant au moins un pied replie (26a, 26b) hors dudit plan de masse et reliant directement ledit plan de masse (23) au dit module électronique (6), ce pied (26a, 26b) formant ledit conducteur de masse (26) de l'antenne.

Description

ANTENNE POUR MONTRE BRACELET.
La présente invention concerne de manière générale une antenne de type patch pour instrument électronique portable de petit volume, notamment pour une pièce d'horlogerie. Cette antenne est plus particulièrement destinée à permettre la réception de signaux de positionnement et de navigation par satellites et à être ainsi incorporée dans un récepteur de signaux de positionnement et de navigation, tel un récepteur compatible avec le système de positionnement américain GPS, le système de positionnement russe GLONASS ou encore le futur système de positionnement par satellites européen GALILÉO. L'invention concerne également un instrument électronique portable comprenant une telle antenne patch. Une antenne patch (également dénommée antenne microruban) comporte typiquement un plan de masse et un élément radiant séparé de ce plan de masse par un diélectrique, tel un matériau céramique. La forme générale de ce type d'antenne est généralement parallélépipédique. Des conducteurs d'excitation et de masse sont respectivement connectés à cet élément radiant et ce plan de masse. Ces conducteurs sont typiquement réalisés sous la forme d'un connecteur coaxial où le conducteur interne forme le conducteur d'excitation et le conducteur externe le conducteur de masse. Ce type d'antenne est notamment utilisé dans des récepteurs GPS ou analogues pour assurer la réception de signaux de positionnement par satellites. Le document EP 0 982 639 décrit par exemple un instrument électronique destiné à être porté au poignet d'un utilisateur, cet instrument étant équipé d'une antenne de type patch permettant notamment la réception de signaux GPS. Diverses variantes de réalisation sont présentées dans ce document, l'antenne patch étant placée dans chacune de ces variantes au voisinage direct du dispositif d'affichage et sur la surface d'un circuit imprimé.
Le document « GPS watch - Une montre à quartz analogique équipée d'un récepteur GPS à très faible consommation » de P.-A. Farine et consorts (Asulab S.A.), Congrès Européen de Chronomètrie, CEC 2000, Genève, 28-29 septembre 2000, session 7, communication 19, présente encore un exemple d'un instrument électronique se présentant sous la forme d'une montre-bracelet comprenant un récepteur GPS et une antenne patch. Dans cet exemple, l'antenne patch est placée dans la zone 12 heures de la montre sur son plan de masse situé lui-même sur le circuit imprimé principal de la montre. Les dimensions de cette antenne sont approximativement de l'ordre de 13 x 13 x 4 mm . L'un des désavantages des solutions ci-dessus réside dans le fait que l'antenne et son plan de masse reposent directement sur une face du circuit imprimé et à proximité des composants électroniques de l'instrument, cette proximité nécessitant une disposition particulière des composants et l'élaboration d'un blindage relativement compliqué afin de réduire voire éviter les perturbations mutuelles entre l'antenne et les composants électroniques, notamment le dispositif d'affichage et le module électronique. Ce blindage complique passablement les opérations d'assemblage des divers éléments et composants de cet instrument électronique.
Un autre désavantage des solutions susmentionnées réside dans le fait que l'habillage externe de l'instrument est nécessairement réalisé dans un matériau ne perturbant pas le fonctionnement de l'antenne, notamment un matériau non métallique. L'esthétique de l'instrument est par ailleurs tributaire du choix limité de matériaux pouvant être utilisés pour réaliser l'habillage de l'instrument.
Un but principal de la présente invention est ainsi de proposer une configuration d'antenne pour un instrument électronique portable de faible volume qui offre une meilleure flexibilité pour la conception de l'instrument électronique et dont la construction rend le cas échéant possible l'utilisation de matériaux métalliques pour la réalisation de l'habillage externe de l'instrument.
Un autre but de la présente invention est de proposer une telle solution qui assure cependant un support mécanique robuste de l'antenne tout en facilitant et simplifiant sa connexion électrique au module électronique de l'instrument portable.
La présente invention a ainsi pour objet une antenne de type patch dont les caractéristiques sont énoncées dans la revendication indépendante 1.
La présente invention a également pour objet un instrument électronique portable de petit volume, telle une montre-bracelet, dont les caractéristiques sont énoncées dans la revendication indépendante 7.
Des modes de réalisation avantageux de la présente invention font l'objet des revendications dépendantes.
Selon l'invention, le plan de masse de l'antenne est avantageusement formé d'une plaque de métal étampée comportant au moins un pied replié hors du plan de masse et reliant directement celui-ci au module électronique, ce pied formant le conducteur de masse de l'antenne.
Selon l'invention, l'assemblage et la connexion de l'antenne, bien que celle-ci se trouve à distance du module électronique, est grandement facilité. Il n'est en effet pas nécessaire de pourvoir l'instrument d'une paire de conducteurs distincts, tel un conducteur coaxial, pour permettre l'excitation de l'antenne, le conducteur de masse faisant avantageusement partie intégrante du plan de masse de l'antenne. En outre, la disposition de l'antenne est telle que les divers composants électroniques et électriques de l'instrument sont situés sensiblement derrière le plan de masse de l'antenne, ceci s'avérant un avantage dans l'optique de réduire les interférences avec l'antenne. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention donné uniquement à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés où :
- la figure 1 est une vue en plan d'une montre-bracelet constituant un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe de la montre-bracelet prise selon la ligne de coupe A-A' dans la figure 1 ;
- les figures 3a et 3b sont respectivement des vues en coupe et en plan de l'antenne de type patch équipant la montre-bracelet de la figure 1 ; - les figures 4a et 4b sont respectivement des vues en coupe et en plan du plan de masse de l'antenne illustrée dans les figures 3a et 3b ; et
- la figure 5 est une vue en coupe du type de la figure 2 illustrant un second mode de réalisation de l'invention se présentant également sous la forme d'une montre-bracelet et dans lequel le plan de masse de l'antenne fait partie intégrante d'une plaque de blindage de l'instrument.
La figure 1 montre une vue en plan d'un instrument électronique portable selon l'invention indiqué globalement par la référence numérique 1 et se présentant avantageusement sous la forme d'une montre-bracelet. Cette montre-bracelet 1 est notamment équipée d'une antenne 20 reliée électriquement à un module électronique (6 dans la figure 2) disposé à l'intérieur de la montre-bracelet. Dans cet exemple, cette antenne 20 est destinée à permettre la réception de signaux radiofréquences émis par une ou plusieurs sources d'émission éloignées. Plus particulièrement, cette antenne est destinée à permettre la réception de signaux de positionnement et de navigation par satellites, tels les signaux GPS (Global Positioning System) provenant du système américain NAVSTAR ou d'autres signaux de positionnement par satellites provenant de systèmes analogues tels le système russe GLONASS ou le futur système de positionnement par satellites européen GALILÉO.
La montre-bracelet 1 présente une allure générale analogue à une montre- bracelet conventionnelle et comporte, outre l'antenne 20, un boîtier désigné globalement par la référence numérique 2, un bracelet (non représenté) attaché au boîtier 2, une glace 3 sous laquelle est disposé un dispositif d'affichage 5 enfermé dans le boîtier 2 (tel un affichage à cristaux liquides), et des organes de commande 12 à 16, à savoir cinq boutons-poussoirs placé l'un (16) à 6 h et les quatre autres (12 à 15) sur la périphérie du boîtier 2.
La figure 2 montre une vue en coupe de la montre-bracelet 1 illustrée dans la figure 1 prise selon la ligne de coupe A-A' parallèle à l'axe 6 h-12 h et passant par le centre de la montre-bracelet. On y retrouve le boîtier 2, la glace 3, le dispositif d'affichage 5, l'antenne patch 20 et le bouton-poussoir 16 placé à 6 h. La montre- bracelet 1 comporte en outre, disposés à l'intérieur du boîtier 2, un module électronique 6 comprenant notamment un circuit imprimé 60, sur lequel sont montés les divers composants électroniques et électriques de l'instrument, ainsi qu'une source d'alimentation 10 en énergie électrique alimentant notamment le module électronique 6 et le dispositif d'affichage 5. Dans cet exemple, la source d'alimentation 10 est constituée d'un accumulateur rechargeable placé dans le fond du boîtier 2. Cette source d'alimentation 10 pourrait néanmoins être constituée d'une pile conventionnelle (auquel cas une trappe de pile devrait préférablement être prévue dans le fond du boîtier afin de permettre son échange) ou de toute autre source susceptible de fournir une alimentation adéquate en énergie électrique.
Comme illustré dans la figure 2, le dispositif d'affichage 5, à savoir un affichage à cristaux liquides, est superposé au module électronique 6 et repose sur une face supérieure de ce module électronique 6. Le dispositif d'affichage 5 est relié électriquement au module électronique 6 par un connecteur souple 50. Une feuille électroluminescente désignée par la référence numérique 56 est interposée entre le dispositif d'affichage 5 et le module électronique 6. Cette feuille électroluminescente 56 est reliée électriquement au module électronique 6 par une paire de connecteurs désignés 57, seul l'un d'entre eux étant illustré à titre explicatif dans la figure 2. Chacun de ces connecteurs 57 comporte un tenon et un ressort de contact.
Dans la figure 2, on notera que les références numériques 100, 102, 104 et 106 indiquent des plaques métalliques assurant un blindage de l'électronique du module 6.
Le boîtier 2 comporte un corps d'habillage 4 présentant un fond 4a et des parois latérales 4b ainsi qu'un élément formant lunette 7 ajusté sur le corps d'habillage 4a. Le fond 4a et les parois latérales 4b sont préférablement réalisés d'une pièce, quoiqu'il soit envisageable de prévoir deux pièces distinctes assemblées l'une à l'autre, et forment ensemble, dans cet exemple, un fond-carrure de la montre-bracelet 1 sur lequel est typiquement attaché le bracelet (non représenté). L'élément formant lunette 7 est ajusté sur le corps d'habillage 4, ou plus exactement sur les parois latérales 4b du corps d'habillage 4, et supporte la glace 3, cette dernière étant préférablement collée ou soudée sur l'élément 7. Avantageusement, cet élément formant lunette 7 est réalisé en matériau plastique et la glace 3 est par exemple soudée par un procédé à ultrasons connu.
L'élément formant lunette 7 est préférablement ajusté de manière étanche sur le corps d'habillage, par exemple par l'intermédiaire d'un joint torique 30 placé entre un épaulement ménagé sur la périphérie de l'élément 7 et un épaulement analogue ménagé sur les parois latérales 4b du corps d'habillage 4.
Selon ce mode de réalisation de l'invention, l'antenne 20 est supportée mécaniquement par l'élément formant lunette 7 et repose sur une face extérieure, désignée 7a, de cet élément. Cette antenne 20 peut le cas échéant être collée sur cette face extérieure 7a ou maintenue par d'autres moyens de fixation adéquats.
L'antenne 20 est avantageusement disposée à 12 h et en position inclinée par rapport au plan, désigné π, dans lequel se trouve le dispositif d'affichage 5 et le module électronique 6. De la sorte, l'antenne est avantageusement orientée sensiblement vers le haut afin d'optimiser la réception des signaux GPS pour la position naturelle du poignet quant le porteur lit les informations sur le dispositif d'affichage 5. Outre l'antenne 20, on notera que l'élément 7 supporte également les organes de commande 12 à 16 de la montre-bracelet.
Préférablement, la montre-bracelet 1 comporte en outre un élément additionnel 8 formant cercle d'emboîtage disposé dans le boîtier 2 entre l'élément formant lunette 7 et le fond 4a du corps d'habillage 4. Les éléments 7 et 8 forment en quelque sorte les parties supérieure et inférieure d'un container à l'intérieur duquel sont enfermés le dispositif d'affichage 5 et le module électronique 6. La source d'alimentation 10 est disposée entre l'élément formant cercle d'emboîtage 8 et le fond 4a du corps d'habillage 4. On comprendra aisément que cet accumulateur pourrait alternativement être enfermé entre les éléments 7 et 8 avec le dispositif d'affichage 5 et le module électronique 6.
Préférablement, le corps d'habillage 4 est réalisé en matériau métallique et l'élément formant lunette 7 (ainsi que l'élément 8) est réalisé en matériau plastique. Un élément d'habillage externe, désigné par la référence numérique 11 (cf. figure 1 ), de forme essentiellement annulaire est en outre ajusté sur l'élément 7, par exemple par clipsage, afin de couvrir cet élément 7. Dans cet exemple, l'élément d'habillage annulaire 11 est préférablement réalisé dans un matériau métallique analogue au matériau utilisé pour la réalisation du corps d'habillage 4 et présente une ouverture 11a (indiquée dans la figure 1) dans laquelle est logée l'antenne 20. Un capot de protection en matériau diélectrique 9 est en outre rapporté sur l'élément formant lunette 7 afin de protéger l'antenne 20 de l'environnement extérieur. Alternativement, on comprendra aisément que l'élément d'habillage annulaire 11 et le capot de protection 9 pourraient être réalisés d'une pièce en un matériau ne perturbant pas le fonctionnement de l'antenne 20.
En se référant à nouveau plus particulièrement à la figure 2, on peut voir que l'antenne patch 20 est de forme essentiellement parallélépipédique comportant un élément radiant 21 séparé d'un plan de masse 23 de plus grande dimension par un diélectrique 22, tel un élément en céramique. L'élément radiant 21 est excité par un conducteur d'excitation 25 isolé du plan de masse 23 et traversant le diélectrique 22 pour être connecté au module électronique 6, l'élément 7 étant pourvu d'une ouverture 7c permettant le passage de ce conducteur d'excitation 25. Le plan de masse 23 est quant à lui relié électriquement au module électronique par un conducteur de masse 26 séparé traversant également l'ouverture 7c.
Selon l'invention, l'antenne 20 repose ainsi sur la face extérieure 7a de l'élément formant lunette 7 par son plan de masse 23. Dans les solutions de l'art antérieur, ce type d'antenne est généralement disposé à même la surface du module électronique ceci présentant les inconvénients déjà mentionnés, à savoir des interférences plus importantes avec l'électronique de la montre nécessitant un blindage spécifique ainsi que l'impossibilité, si cela est désiré, de réaliser le boîtier en un matériau métallique. On notera que le plan de masse 23 de l'antenne 20 sera préférablement collé à la face extérieure 7a de l'élément formant lunette 7. On se référera maintenant aux figures 3a, 3b, 4a et 4b qui illustrent de manière plus détaillée la structure particulière de l'antenne patch 20 et notamment de son plan de masse 23. Les figures 3a et 3b montrent ainsi respectivement une vue en coupe et une vue en plan de l'antenne patch 20 utilisée dans le cadre du premier mode de réalisation de l'invention. On y retrouve l'élément radiant 21 , le diélectrique 22 et le plan de masse 23, ainsi que les conducteurs d'excitation 25 et de masse 26. Comme illustré dans la figure 3b, le conducteur d'excitation 25 est décentré par rapport au centre de symétrie de l'élément radiant 21 , ceci notamment de manière à ce que l'antenne 20 présente une polarisation de type circulaire. On notera que ce décentrage participe également à la définition de l'impédance de l'antenne. La distance séparant le conducteur d'excitation 25 du conducteur de masse 26 est en outre sélectionnée de manière conventionnelle pour permettre une adaptation adéquate de l'antenne au circuit de réception associé. On notera que la géométrie spécifique du connecteur 25, 26 définit l'impédance caractéristique de l'antenne. Plus particulièrement, selon l'invention, le plan de masse 23 comporte deux pieds 26a et 26b s'etendant hors du plan de masse 23 et formant le conducteur de masse 26. On notera que ces pieds 26a et 26b sont ménagés de sorte qu'ils sont disposés symétriquement de part et d'autre du conducteur d'excitation 25. Les figures 4a et 4b montrent de manière plus détaillée la structure du plan de masse 23. Ce plan de masse 23 est avantageusement réalisé à partir d'une plaque de métal formée par un procédé conventionnel d'étampage. Cette plaque est initialement découpée de sorte qu'elle présente une ouverture centrale 23a dans laquelle se projette une extension 23b présentant essentiellement la forme d'un « U » s'ouvrant dans l'ouverture centrale 23a et à partir de laquelle sont finalement formés les pieds 26a, 26b. La structure du plan de masse 23, au terme de l'opération de découpage, est illustrée en traits interrompus dans la figure 4b, les pieds étant désignés à ce stade par les références numériques 26a* et 26b*. L'extension 23b est par la suite repliée de manière à ce que les pieds 26a, 26b ainsi formés s'étendent en dehors du plan de masse 23 comme illustré. On notera que le conducteur d'excitation 25 est formé de manière à présenter un profil analogue comme illustré dans les figures 3a et 3b. Dans cet exemple, le profil des pieds 26a, 26b et du conducteur d'excitation 25 est choisi de manière à permettre un positionnement incliné de l'antenne 20 par rapport au module électronique sur lequel cette antenne est connectée.
Selon l'invention, on notera que le conducteur de masse 26 forme partie intégrante du plan de masse 23, simplifiant ainsi grandement la connexion de l'antenne 20 au module électronique 6, bien que cette antenne 20 ne repose pas directement sur le module électronique 6. Comme cela est illustré dans la figure 2, on notera que le conducteur de masse 26, à savoir les pieds 26a et 26b du plan de masse 23, et le conducteur d'excitation 25 sont connectés directement par soudage au circuit imprimé 60 du module électronique 6, des orifices de contact correspondants étant ménagés dans le circuit imprimé 60.
On notera par ailleurs que le connecteur d'antenne proposé formé des conducteurs 25, 26 permet de définir une ligne dont l'impédance est adaptée entre l'antenne et la ligne (non représentée) sur le circuit imprimé 60 et ainsi de minimiser les pertes par désadaptation (ou « mismatch loss »).
Dans l'exemple des figures 1 et 2, on notera que l'antenne est supportée mécaniquement par l'élément formant lunette 7 qui est ajusté sur le corps d'habillage 4. Cette construction est particulièrement avantageuse pour la réalisation d'un instrument portable comprenant un corps d'habillage métallique. Pour de plus amples détails concernant cette construction spécifique, on pourra se référer à la demande de brevet européen No. 01202593.8 du 5.7.2001 , au nom du présent Déposant, dont la priorité est revendiquée. On notera que la structure particulière de l'antenne et de son plan de masse, qui constitue l'objet de la présente invention, n'est néanmoins pas limitée à l'implémentation spécifique des figures 1 et 2. Il est ainsi parfaitement envisageable de faire appel à une structure analogue dans une construction différente. La figure 5 montre par exemple un autre mode de réalisation envisageable de l'invention dans lequel le plan de masse de l'antenne fait partie intégrante d'une plaque de blindage de l'instrument électronique portable. A la différence du mode de réalisation des figures 1 et 2, on notera que le plan de masse 23 de l'antenne ne repose plus sur un élément mécanique additionnel (tel l'élément formant lunette 7) mais est solidaire du blindage de l'électronique de l'instrument. Il va sans dire que la construction de la figure 5 est appropriée pour la réalisation d'un instrument portable muni d'un habillage en matériau non métallique (par ex. plastique), ou, de manière générale, un matériau ne perturbant pas le fonctionnement de l'antenne.
Dans l'illustration de la figure 5, la montre-bracelet constituant un autre mode de réalisation d'un instrument électronique portable selon l'invention est repérée globalement par la référence numérique 1*. On retrouve essentiellement dans la coupe illustrée (prise selon l'axe 6 heures - 12 heures de la montre) les mêmes éléments que dans la coupe de la figure 2, à savoir notamment la glace 3, le dispositif d'affichage 5 connecté par son connecteur souple 50 au circuit imprimé 60 du module électronique 6, la feuille électroluminescente placée sous le dispositif d'affichage 5, la source d'alimentation 10 ainsi que l'antenne patch 20 avec son élément radiant 21, son diélectrique 22, son plan de masse 23 et ses conducteurs d'excitation 25 et de masse 26. Ces éléments 5, 6, 10 et 20 sont enfermés dans un boîtier désigné ici par la référence numérique 2* et composé de deux parties imbriquées 4a* et 4b*. La partie inférieure 4a* forme dans cet exemple un fond-carrure de l'instrument et l'élément 4b* rapporté sur la partie supérieure forme en quelque sorte un couvercle du boîtier de l'instrument 4b*. Comme illustré schématiquement dans la figure 5, l'instrument comporte par ailleurs des éléments de blindage 100* et 102* disposés respectivement sur les faces supérieure et inférieure du circuit imprimé 60. Plus particulièrement, l'élément de blindage supérieur 100* est constitué d'une plaque de métal étampée dont une partie terminale constitue le plan de masse 23 de l'antenne 20. Ainsi, dans cet exemple, et à la différence du mode de réalisation précédent, le plan de masse de l'antenne 23 fait partie intégrante de la structure de blindage de l'antenne. Il est à noter que l'antenne est toujours placée à distance du circuit imprimé 60 et ne repose pas directement sur un face de ce circuit imprimé 60. Cette configuration permet de libérer de la place sur le module électronique 6 et de disposer la majeure partie des composants électriques et électroniques de l'instrument à l'arrière de l'antenne afin d'en améliorer les caractéristiques de fonctionnement. Par ailleurs, on dispose de la sorte d'une meilleure flexibilité pour la conception de l'habillage de l'instrument. Enfin, la connexion électrique de l'antenne 20 au module électronique 6 reste facilitée de par le fait que le conducteur de masse 26 de l'antenne fait partie intégrante du plan de masse 23.
Dans ce second mode de réalisation, on notera que la configuration du plan de masse 23 de l'antenne 20, à l'exception du fait que ce plan de masse 23 forme un tout avec la plaque de blindage 100*, reste sensiblement inchangée par rapport à la configuration illustrées dans les figures 3a, 3b, 4a et 4b. Elle n'est en conséquence pas illustrée à nouveau.
On notera en outre que l'antenne 20 est à nouveau disposée dans un plan incliné par rapport au plan dans lequel se trouvent le dispositif d'affichage 5 et le module électronique 6, ceci afin d'optimiser l'orientation de l'antenne pour une réception des signaux de positionnement lors d'une lecture normale des données affichées par le dispositif d'affichage 5.
On comprendra de manière générale que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. En particulier, la présente invention n'est pas limitée à une montre-bracelet comme illustrée dans les figures, mais s'applique à tout autre instrument portable susceptible ou non d'être portée au poignet. En outre, bien que l'antenne soit toujours illustrée comme étant disposée à 12 heures, cette antenne peut évidemment être disposée dans d'autres positions excentrées, par exemple à 9 heures, 3 heures ou 6 heures, voire sur les diagonales.

Claims

REVENDICATIONS
1. Antenne de type patch (20) pour instrument électronique portable de petit volume comprenant un élément radiant (21) séparé d'un plan de masse (23) par un diélectrique (22) et comprenant des conducteurs d'excitation (25) et de masse (26) pour la connexion électrique dudit élément radiant et dudit plan de masse (23), respectivement, à un module électronique (6), caractérisée en ce que ledit plan de masse (23) est formé d'une plaque de métal étampée comportant au moins un pied replié (26a, 26b) hors dudit plan de masse et reliant directement ledit plan de masse (23) au dit module électronique (6), ce pied (26a, 26b) formant ledit conducteur de masse (26) de l'antenne.
2. Antenne selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ladite plaque de métal étampée formant le plan de masse (23) présente une ouverture centrale (23a) dans laquelle se projette une extension (23b) repliée hors du plan de masse (23) et présentant essentiellement la forme d'un « U » s'ouvrant de manière à former des premier et deuxième pieds (26a, 26b) formant ledit conducteur de masse (26).
3. Antenne selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit plan de masse (23) forme partie intégrante d'une plaque de blindage (100*) de l'instrument électronique portable.
4. Antenne selon la revendication 1 , 2 ou 3, caractérisée en ce que ledit au moins un pied (26a, 26b) s'étend hors dudit plan de masse (23) de manière à permettre un positionnement incliné de l'antenne par rapport au dit module électronique.
5. Antenne selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit conducteur d'excitation (25) est décentré par rapport au centre de symétrie de l'élément radiant (21).
6. Antenne selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit plan de masse (23) comporte des premier et deuxième pieds (26a, 26b) formant ledit conducteur de masse (26) et ménagés de sorte qu'ils sont disposés symétriquement de part et d'autre du conducteur d'excitation (25).
7. Instrument électronique portable de petit volume, telle une montre- bracelet (1 ; 1*), comprenant un module électronique (6) et une antenne de type patch (20) connectée électriquement au dit module électronique (6), cette antenne (20) comprenant un élément radiant (21) séparé d'un plan de masse (23) par un diélectrique (22) et comprenant des conducteurs d'excitation (25) et de masse (26) pour la connexion électrique dudit élément radiant et dudit plan de masse (23), respectivement, au dit module électronique (6), caractérisé en ce que ledit plan de masse (23) est formé d'une plaque de métal étampée comportant au moins un pied replié (26a, 26b) hors dudit plan de masse et reliant directement ledit plan de masse (23) au dit module électronique (6), ce pied (26a, 26b) formant ledit conducteur de masse (26) de l'antenne.
8. Instrument selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite plaque de métal étampée formant le plan de masse (23) présente une ouverture centrale (23a) dans laquelle se projette une extension (23b) repliée hors du plan de masse (23) et présentant essentiellement la forme d'un « U » s'ouvrant de manière à former des premier et deuxième pieds (26a, 26b) formant ledit conducteur de masse (26).
9. Instrument selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit plan de masse (23) forme partie intégrante d'une plaque de blindage (100*) de l'instrument électronique portable.
10. Instrument selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite antenne (20) est disposée en position inclinée par rapport au plan (π) dans lequel se trouve ledit module électronique (6).
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