WO2008000385A1 - Antenne imprimée a deux boucles magnétiques, circuit imprimé et dispositif électronique embarqué correspondants - Google Patents

Antenne imprimée a deux boucles magnétiques, circuit imprimé et dispositif électronique embarqué correspondants Download PDF

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WO2008000385A1
WO2008000385A1 PCT/EP2007/005462 EP2007005462W WO2008000385A1 WO 2008000385 A1 WO2008000385 A1 WO 2008000385A1 EP 2007005462 W EP2007005462 W EP 2007005462W WO 2008000385 A1 WO2008000385 A1 WO 2008000385A1
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WO
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antenna
printed
loop
circuit
printed circuit
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/005462
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English (en)
Inventor
Guy-Aymar Chakam
Suhas Jawale
Erwan Rochefort
Original Assignee
Continental Automotive France
Continental Automotive Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive France, Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive France
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Definitions

  • the field of the invention is that of antennas receiving and / or transmitting radio signals printed on printed circuits.
  • the invention relates to the implementation of such an antenna in an on-board electronic device, such as a car radio.
  • the Bluetooth frequency band between 2400 and 2483.5 MHz, has been chosen for many applications in wireless transmissions, in particular because it does not require a license and a wave transmitted in this frequency band is very rapidly attenuated (notably because of absorption by the water molecules present in the air) and can therefore be used for private transmissions over short distances.
  • Bluetooth antennas There are three main categories of Bluetooth antennas: dielectric antennas, printed antennas and RC antennas.
  • the dielectric antenna is an antenna made of a dielectric material (of ceramic type for example) whose propagation mode is electric in the near field.
  • This type of antenna is very sensitive to electrical interference generated by the metallic environment.
  • the dielectric antenna must preferably be placed in a medium that is not very metallic and relatively spacious, such as, for example, at the front of a car radio (the facade is generally made of a non-metallic material).
  • This dielectric antenna requires the implementation of a ceramic component which makes it expensive and cumbersome (it is difficult to integrate such an antenna). In addition, limitations on its implementation are problematic.
  • RC antennas are cumbersome and also very sensitive to a metal environment. They are therefore not very effective in the automotive environment.
  • the propagation mode of a printed antenna may be an electrical propagation mode or a magnetic propagation mode.
  • the antenna is also very sensitive to a metallic environment and therefore inefficient in the automotive environment.
  • the antenna is less sensitive to the metallic environment and makes it possible to obtain a greater gain, a better adaptation, a greater radiated power and / or an increased directivity with respect to a dielectric antenna.
  • the printed loop antenna is known, as described in US Pat. No. US6452563, which comprises a magnetic loop.
  • the particular shape of this loop antenna (in the form of a loop) makes it possible to obtain a magnetic propagation mode in the near field (which corresponds to a distance of less than about 3.8 cm from the antenna in the Bluetooth frequencies).
  • US Pat. No. 5,557,293 describes a technical solution that makes it possible to use two loop antennas printed on the same printed circuit, the two antennas being placed opposite each other, on either side. printed circuit board.
  • a printed loop antenna behaves electrically as an equivalent circuit RL as it radiates.
  • the impedance of a loop antenna is unstable.
  • its value is quite low (about 0.5 ohms) in comparison with that of a power supply circuit (about 50 ohms).
  • the impedance matching between a loop antenna and a power supply circuit is therefore quite difficult. The performances during the radiation of such an antenna are therefore not optimal.
  • This type of dual loop antenna 10 comprises a first magnetic loop 11 electrically connected. to a second magnetic loop 12 by means of an electrical connection
  • the first magnetic loop 11 constitutes in fact the antenna which radiates and the second magnetic loop 12 is generally used to supply and match the impedance of the double loop antenna 10, so as, for example, to produce an antenna adapted to 50 ⁇ .
  • a disadvantage of this double loop antenna is that it is bulky and is therefore not suitable for the realization of embedded systems of small dimensions.
  • this technical solution does not stabilize the impedance of the antenna "double loop" (equivalent circuit RL).
  • the invention particularly aims to overcome these disadvantages of the prior art.
  • an objective of the invention in at least one of its embodiments, is to provide a magnetic propagation mode printed antenna that is not bulky compared to existing solutions.
  • Another object of the invention in at least one of its embodiments, is to implement such an antenna whose electrical impedance is stable and easily tunable. The resonant frequency of the antenna must be easily tunable as well.
  • the invention in at least one of its embodiments, still aims to provide such an antenna that is easy to achieve and for a low cost.
  • an antenna printed on a printed circuit comprising at least a first magnetic loop printed on a first face of the printed circuit and a second printed magnetic loop. on a second face of the printed circuit, the second face of the printed circuit being located opposite the first face of the printed circuit, said first and second loops being located facing each other on either side of the circuit printed, said second loop being connected to an electronic supply circuit
  • such an antenna is characterized in that said first and second loops are electromagnetically coupled together in order to stabilize the impedance of the printed antenna, the energy required for the first loop to radiate being provided by the second loop.
  • the first magnetic loop comprises two ends facing each other defining a first slot whose width is chosen so that the ends of the first loop and the first slot form a capacity for tuning the frequency of resonance of the antenna whose value depends on the width of the first slot.
  • the general principle of the invention thus consists in implementing an electromagnetic coupling between two magnetic loops forming a printed antenna so as to be able to arrange the first and second loops respectively on the first and second faces of the printed circuit.
  • Such an antenna structure behaves electrically as an equivalent electrical circuit RLC, the capacitive portion being determined in part by the value of the first slot.
  • the impedance of an equivalent circuit RLC is more stable than the impedance of an equivalent circuit RL of a conventional loop antenna
  • this electromagnetic coupling associated with the introduction of additional frequency tuning capacity makes it possible to improve the stability of the impedance of the antenna formed by the two loops.
  • the coupling of the two antennas introduces a mutual induction coefficient which, in relation to the existence of the additional capacitance of the equivalent circuit RLC, makes it possible to stabilize the impedance of the antenna during its radiation.
  • the invention makes it possible to provide a printed antenna with a magnetic propagation mode that is not very cumbersome (because each of the loops is disposed on a distinct face of the printed circuit) with respect to the existing solutions and in particular with respect to the "double loop" antenna mentioned above.
  • the printed circuit technology makes it possible to reduce the cost of the antenna and to facilitate its production. It should be noted that such a structure goes against the prior art of the skilled person. Indeed, starting from the conventional double loop antenna, and seeking to solve the problem of reducing the size of this antenna, it would optimize the choice of materials constituting it to reduce its size, but would not consider to remove the electrical connection. Even to consider that the person skilled in the art, seeking to solve this problem, would consider (what he is not encouraged to do) to arrange the first and second loops of the conventional loop antenna on the first and second faces of the circuit, it would have, for this purpose, an electrical connection at the edge of the circuit, which allows to have the loops on both sides of the circuit. In doing so, it would not obtain a stable and space-saving antenna such as the antenna of the present invention whose two loops are electromagnetically coupled together. The two loops forming the antenna of the invention are therefore not electrically connected
  • At least one of the first and second magnetic loops comprises at least two loop segments whose widths are distinct.
  • the choice of the widths of the loop segments constituting the first and / or the second magnetic loop makes it possible to match the impedance of the antenna.
  • the invention also relates to a printed circuit comprising at least one antenna as described above.
  • the advantages of the printed circuit are the same as those of the antenna, they are not detailed further.
  • the invention also relates to an onboard electronic device comprising at least one antenna as described above.
  • FIG. 1 shows a diagram of a conventional "double loop" antenna
  • FIGS. 2A and 2B show views from above (FIG. 2A) and from below (FIG. 2B) of a printed circuit comprising a printed antenna according to a first embodiment of the invention
  • FIGS. 3A and 3B show a complete printed circuit (FIG. 3A) and the part of this printed circuit (FIG. 3B) on which first and second magnetic loops of a printed antenna are arranged according to a second embodiment of FIG. invention
  • FIG. 4 shows a car radio based on a printed circuit comprising a printed antenna according to the invention.
  • the printed circuit 200 carries, on its first face (FIG. 2A), a first magnetic loop 21 comprising two ends 211 and 212 facing each other and defining a first slot 213.
  • the circuit 200 also carries, on its second face
  • FIG. 2B a second magnetic loop 22 comprising two ends 221 and 222 opposite one another and defining a second slot 223.
  • This antenna 20 is designed to transmit in the Bluetooth frequency band and behaves like a resonant parallel RLC circuit.
  • FIGS. 2A and 2B show only the portion of the printed circuit 200 on which the magnetic loops are arranged.
  • FIGS. 3A and 3B show a complete printed circuit 300 (FIG. 3A) and the portion of this printed circuit 300 (FIG. 3B) on which are disposed first 31 and second 32 magnetic loops of a printed antenna. According to a second embodiment of the invention.
  • the printed circuit 300 carries both the printed antenna 30 and an electronic circuit, the assembly constituting, for example, a car radio.
  • the first magnetic loop 31 is electromagnetically coupled with the second magnetic loop 32 and the printed antenna 30 operates in the magnetic propagation.
  • the antenna 30 is thus particularly suited to the automotive context (small size and low sensitivity to the metal environment).
  • the second magnetic loop 32 (or 22 in the case of FIGS. 2A and 2B) is galvanically connected to the electronic circuit.
  • the first magnetic loop 31 (or 21 in the case of FIGS. 2A and 2B) is the radiating portion of the printed antenna 30 (or in the case of FIGS. 2A and 2B) and determines its resonance frequency.
  • the first 31 and second 32 magnetic loops consist of segments of copper strip (which is conventionally used on printed circuit).
  • the magnetic loops can be made of any other conductive material.
  • the second loop 32 consists of five segments 324, 325, 326, 327 and 328 forming substantially a rectangle.
  • segments 324, 325, 326, 327 and 328 have been shown with equal widths.
  • the segments constituting the first 31 and second 32 magnetic loops may be of different widths such as the first 21 and second 22 loops of the first embodiment illustrated by FIGS. 2A and 2B.
  • the first magnetic loop 31 made of copper can be modeled electrically by a coil L1 associated with a resistor R1 (which represents part of the loss resistance of the printed antenna 30) and with a capacitor C1 described below. .
  • This printed antenna 30 is designed to transmit in the Bluetooth frequency band, more precisely at the 2.45 GHz frequency, and behaves like a resonant parallel RLC circuit.
  • the length of the copper track forming the first magnetic loop 31 must be equal to the wavelength at which the antenna transmits (in this case the Bluetooth wavelength, which is about 12cm in vacuum) divided by the refractive index of the circuit board 300. In this case, the length of the first loop is about 6 cm.
  • the ends 311, 312 of the first magnetic loop 31 are positioned opposite one another and define a first slot 313 of small width.
  • the two ends 311, 312 of the first magnetic loop 31 and the first slot 313 form the capacitor C1.
  • the capacitance C of the RLC circuit equivalent to the antenna 30 is equal to the sum of the capacitor C1 and a capacitor C2.
  • the capacitance C2 which is imposed by the width of the printed circuit 300 (generally C2 is of low value and has little influence on the capacitance C of the RLC circuit).
  • the choice of the width of the first slot 313 makes it possible in particular to grant the value of the capacitor C1 and thus that of the capacitance C of the RLC circuit equivalent to the antenna 30. This gives the resonance frequency of the antenna 30 at the desired frequency of 2.45GHz.
  • the width of the copper strip segments constituting the first magnetic loop 31 also makes it possible to match the capacitance C1 and therefore the resonance frequency.
  • the second magnetic loop 32 (galvanically connected to the electronic circuit) serves to supply the first magnetic loop 31 (the latter being the radiating part of the antenna) with the energy intended for radiation.
  • the second magnetic loop 32 is equivalent to an electrical circuit RL of resistance R2 and inductance L2 and the first magnetic loop 31 is equivalent to an electrical circuit RLC of resistance R1, inductor L1 and capacitor C1.
  • the input impedance of the printed antenna 30 can thus be adjusted to any desired value, for example 50 ⁇ .
  • the input impedance of the printed antenna 30 can also be adjusted by varying the relative positioning of the first loop 31 with respect to the second loop 32.
  • the input impedance of the printed antenna 30 can also be adjusted by varying the respective widths of the different copper strip segments constituting the first loop 31 or by varying the width of the slot 313 ( on which depends directly the capacity C1).
  • the impedance of the printed antenna 30 depends on the resistors R1, R2, inductors L1 L2 and capacitance C1 first and second loops 31, 32, these resistors, inductances and dependent capacitors themselves in particular respective widths of the different segments of copper strip constituting the first and second loop 31, 32.
  • a current 12 flows in this second loop 32 and generates an electromagnetic field which excites the first loop 31 (equivalent to an oscillating circuit R1, L1, C1) and therefore induces a current 11 which flows in this first loop 31.
  • the first loop 31 being in resonance at the desired frequency forces a precise distribution of the current on the copper band segments which constitute it, which leads to the realization of a Bluetooth band antenna.
  • the first 31 and second 32 loops of the aforementioned first and second embodiments have a substantially rectangular shape.
  • the first and second loops of an antenna according to the invention may have any shape, for example circular.
  • the first and second loops of an antenna according to the invention may be identical or distinct.
  • the impedance of a printed antenna according to the present invention is more stable and can be easily adapted (for example, by varying the value of the capacitance C2) with respect to a conventional electric antenna (having for equivalent circuit, a circuit R 1 L).
  • a car radio 40 based on a printed circuit 41 comprising a printed antenna 42 according to the invention is presented.
  • the car radio 40 comprises the printed circuit 41 on which the antenna 42 is mounted and an electronic circuit to which the antenna 42 is electrically connected.
  • a housing 44 comprising mechanical elements is mounted on the printed circuit 41.
  • the cladding of the car radio includes a front 43 and first 45, second 46 and third 47 plates.

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Abstract

L'invention concerne une antenne imprimée sur un circuit imprimé (300) comprenant au moins une première boucle (31) magnétique imprimée sur une première face du circuit, ladite première boucle magnétique comprenant deux extrémités en regard l'une de l'autre et définissant une première fente (313). Selon l'invention, une telle antenne comprend une seconde boucle (32) magnétique imprimée sur une seconde face du circuit, ladite seconde boucle magnétique comprenant deux extrémités en regard l'une de l'autre et définissant une seconde fente et les première (31) et seconde (32) boucles ne sont pas électriquement reliées.

Description

Antenne imprimée à deux boucles magnétiques, circuit imprimé et dispositif électronique embarqué correspondants
Le domaine de l'invention est celui des antennes de réception et/ou d'émission de signaux radio imprimées sur circuits imprimés.
Plus particulièrement, l'invention concerne l'implémentation d'une telle antenne dans un dispositif électronique embarqué, tel qu'un autoradio. La bande de fréquence Bluetooth, comprise entre 2400 et 2483,5 MHz, a été choisie pour de nombreuses applications dans les transmissions sans fil, du fait notamment qu'elle ne nécessite pas de licence et qu'une onde transmise dans cette bande de fréquence est très rapidement atténuée (notamment du fait de l'absorption par les molécules d'eau présentes dans l'air) et peut donc être utilisée pour des transmissions privées sur de courtes distances.
Il existe trois catégories principales d'antennes Bluetooth : les antennes diélectriques, les antennes imprimées et les antennes RC.
L'antenne diélectrique est une antenne réalisée dans un matériau diélectrique (de type céramique par exemple) dont le mode de propagation est électrique en champ proche. Ce type d'antenne est très sensible aux interférences électriques générées par l'environnement métallique. En conséquence, l'antenne diélectrique doit être préférentiellement placée dans un milieu peu métallique et relativement spacieux comme, par exemple, au niveau de la façade d'un autoradio (la façade étant généralement réalisée dans un matériau non métallique). Cette antenne diélectrique nécessite la mise en œuvre d'un composant en céramique ce qui la rend coûteuse et encombrante (il est difficile d'intégrer une telle antenne). En outre, les limitations concernant son implantation posent problème.
Les antennes de type RC sont quant à elles encombrantes et également très sensibles à un environnement métallique. Elles sont de ce fait peu efficaces en environnement automobile.
Les antennes imprimées directement sur circuit imprimé (par exemple les antennes imprimées en F inversé, encore appelées PIFA pour « Printed Inverted
Frequency Antenna » en anglais, telles que décrites dans le document de brevet américain n°US2004075610) ne nécessitent pas la mise en œuvre de composants céramiques et permettent d'obtenir un encombrement réduit.
Le mode de propagation d'une antenne imprimée peut être un mode de propagation électrique ou un mode de propagation magnétique. Dans le premier cas, l'antenne est également très sensible à un environnement métallique et de ce fait peu efficace en environnement automobile. Dans le second cas, l'antenne est moins sensible à l'environnement métallique et permet d'obtenir un plus grand gain, une meilleure adaptation, une plus grande puissance rayonnée et/ou une directivité accrue par rapport à une antenne diélectrique.
On connaît notamment l'antenne boucle imprimée, telle que décrite dans le document de brevet américain n°US6452563, qui comprend une boucle magnétique. La forme particulière de cette antenne boucle (en forme de boucle) permet d'obtenir un mode de propagation magnétique en champ proche (ce qui correspond à une distance inférieure à environ 3,8 cm de l'antenne dans les fréquences Bluetooth).
Il est à noter qu'au-delà de cette distance de 3,8 cm (pour les fréquences Bluetooth), on se trouve en champ lointain et l'antenne boucle ne rayonne plus uniquement en mode magnétique mais également en mode électrique.
On connaît également un document de brevet américain n°US5557293 décrivant une solution technique permettant d'utiliser deux antennes boucles imprimées sur un même circuit imprimé, les deux antennes étant placées l'une en face de l'autre, de part et d'autre du circuit imprimé.
Pour assurer l'alimentation en énergie électrique nécessaire au rayonnement des deux antennes, celles-ci sont chacune couplées par effet capacitif à une source d'alimentation commune. Ce couplage par effet capacitif permet d'alimenter indépendamment l'une de l'autre chacune des deux antennes à partir d'une source d'alimentation unique. Cette solution technique permet notamment de supprimer les interférences entres les deux antennes dès lors qu'elles rayonnent. Les conditions de réception sont ainsi améliorées pour réaliser l'accord en fréquence des deux antennes.
Cependant, une antenne boucle imprimée se comporte électriquement tel un circuit équivalent RL dès lors qu'elle rayonne. Ainsi, l'impédance d'une antenne boucle est instable. De plus, sa valeur est assez faible (0.5 ohms environ) en comparaison avec celle d'un circuit d'alimentation (50 ohms environ). L'accord en impédance entre une antenne boucle et un circuit d'alimentation est de ce fait assez difficile. Les performances lors du rayonnement d'une telle antenne ne sont donc pas optimales.
Pour résoudre le problème d'accord en impédance avec le circuit d'alimentation, il existe également une antenne « double boucle » telle qu'illustrée par la figure 1. Ce type d'antenne double boucle 10 comprend une première boucle magnétique 11 reliée électriquement à une seconde boucle magnétique 12 au moyen d'une liaison électrique
13.
La première boucle magnétique 11 constitue en fait l'antenne qui rayonne et la seconde boucle magnétique 12 est généralement utilisée pour alimenter et accorder l'impédance de l'antenne double boucle 10, de façon, par exemple, à réaliser une antenne adaptée à 50 Ω. Cependant, un inconvénient de cette antenne double boucle est qu'elle est encombrante et n'est donc pas adaptée à la réalisation de systèmes embarqués de faibles dimensions. En outre, cette solution technique ne permet pas de stabiliser l'impédance de l'antenne "double boucle" (circuit équivalent RL). L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, est de fournir une antenne imprimée à mode de propagation magnétique qui soit peu encombrante par rapport aux solutions existantes. Un autre objectif de l'invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, est de mettre en œuvre une telle antenne dont l'impédance électrique est stable et facilement accordable. La fréquence de résonance de l'antenne doit être facilement accordable également.
L'invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, a encore pour objectif de fournir une telle antenne qui soit aisée à réaliser et pour un faible coût.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'une antenne imprimée sur un circuit imprimé comprenant au moins une première boucle magnétique imprimée sur une première face du circuit imprimé et une seconde boucle magnétique imprimée sur une seconde face du circuit imprimé, la seconde face du circuit imprimé étant située en regard de la première face du circuit imprimé, lesdites première et seconde boucles étant situées en regard l'une de l'autre de part et d'autre du circuit imprimé, ladite seconde boucle étant reliée à un circuit électronique d'alimentation
Selon l'invention, une telle antenne est caractérisée en ce que lesdites première et seconde boucles sont électromagnétiquement couplées entre-elles afin de stabiliser l'impédance de l'antenne imprimée, l'énergie nécessaire à la première boucle pour rayonner étant apportée par la seconde boucle.
Avantageusement, la première boucle magnétique comprend deux extrémités en regard l'une de l'autre définissant une première fente dont la largeur est choisie de façon que les extrémités de la première boucle et la première fente forment une capacité permettant d'accorder la fréquence de résonance de l'antenne dont la valeur dépend de la largeur de la première fente.
Le principe général de l'invention consiste ainsi à mettre en œuvre un couplage électromagnétique entre deux boucles magnétiques formant une antenne imprimée de façon à pouvoir disposer les première et seconde boucles respectivement sur les première et seconde faces du circuit imprimé. Une telle structure d'antenne se comporte électriquement tel un circuit électrique équivalent RLC, la partie capacitive étant déterminée en partie par la valeur de la première fente. De manière connue, l'impédance d'un circuit équivalent RLC est plus stable que l'impédance d'un circuit équivalent RL d'une antenne boucle classique,
Ainsi, ce couplage électromagnétique associé à l'introduction d'une capacité supplémentaire d'accord en fréquence permet d'améliorer la stabilité de l'impédance de l'antenne formée par les deux boucles. En effet, le couplage des deux antennes introduit un coefficient d'induction mutuelle qui, en relation avec l'existence de la capacité supplémentaire du circuit équivalent RLC, permet de stabiliser l'impédance de l'antenne lors de son rayonnement.
De plus, l'invention permet de fournir une antenne imprimée à mode de propagation magnétique qui soit peu encombrante (du fait que chacune des boucles est disposée sur une face distincte du circuit imprimé) par rapport aux solutions existantes et notamment par rapport à l'antenne « double boucle » précitée.
Par ailleurs, la technologie sur circuit imprimé permet de réduire le coût de l'antenne et de faciliter sa production. II est à noter qu'une telle structure va à rencontre des à priori de l'homme du métier. En effet, partant de l'antenne à double boucle classique, et cherchant à résoudre le problème de la réduction de l'encombrement de cette antenne, ce dernier optimiserait le choix des matériaux la constituant afin de réduire ses dimensions, mais n'envisagerait pas de supprimer la liaison électrique. Même à considérer que l'homme du métier, cherchant à résoudre ce problème, envisagerait (ce qu'il n'est pas incité à faire) de disposer les première et seconde boucles de l'antenne boucle classique sur les première et seconde faces du circuit imprimé, il disposerait, pour ce faire, une liaison électrique au niveau de la tranche du circuit, ce qui permet de disposer les boucles de part et d'autre du circuit. Ce faisant, il n'obtiendrait pas une antenne stable et peu encombrante telle que l'antenne de la présente invention dont les deux boucles sont électromagnétiquement couplées entre elles. Les deux boucles formant l'antenne de l'invention ne sont donc pas électriquement reliées
Préférentiellement, au moins une des première et seconde boucles magnétiques comprend au moins deux segments de boucle dont les largeurs sont distinctes.
Ainsi, le choix des largeurs des segments de boucle constituant la première et/ou la seconde boucle magnétique permet d'accorder l'impédance de l'antenne.
L'invention concerne également un circuit imprimé comprenant au moins une antenne telle que décrite précédemment. Les avantages du circuit imprimé sont les mêmes que ceux de l'antenne, ils ne sont pas détaillés plus amplement. L'invention concerne aussi un dispositif électronique embarqué comprenant au moins une antenne telle que décrite précédemment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 présente un schéma d'une antenne « double boucle » classique ;
- les figures 2A et 2B présentent des vues de dessus (figure 2A) et de dessous (figure 2B) d'un circuit imprimé comprenant une antenne imprimée selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 3A et 3B présentent un circuit imprimé complet (figure 3A) et la partie de ce circuit imprimé (figure 3B) sur laquelle sont disposées des première et seconde boucles magnétiques d'une antenne imprimée selon un second mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 4 présente un autoradio à base d'un circuit imprimé comprenant une antenne imprimée selon l'invention.
On présente, en relation avec les figures 2A et 2B, des vues de dessus (figure 2A) et de dessous (figure 2B) d'une partie d'un circuit imprimé 200 comprenant une antenne imprimée 20 selon un premier mode de réalisation de l'invention.
Le circuit imprimé 200 porte, sur sa première face (figure 2A), une première boucle magnétique 21 comprenant deux extrémités 211 et 212 en regard l'une de l'autre et définissant une première fente 213. Le circuit 200 porte également, sur sa seconde face
(figure 2B) une seconde boucle magnétique 22 comprenant deux extrémités 221 et 222 en regard l'une de l'autre et définissant une seconde fente 223.
Cette antenne 20 est prévue pour émettre dans la bande de fréquence Bluetooth et se comporte comme un circuit RLC parallèle en résonance.
Tel qu'illustré par les figures 2A et 2B, les première et seconde boucles ne sont pas électriquement reliées. On a représenté sur ces figures 2A et 2B uniquement la partie du circuit imprimé 200 sur laquelle sont disposées les boucles magnétiques.
On présente, en relation avec les figures 3A et 3B, un circuit imprimé 300 complet (figure 3A) et la partie de ce circuit imprimé 300 (figure 3B) sur laquelle sont disposées des première 31 et seconde 32 boucles magnétiques d'une antenne imprimée 30 selon un second mode de réalisation de l'invention.
Le circuit imprimé 300 porte à la fois l'antenne imprimée 30 et un circuit électronique, l'ensemble constituant, par exemple, un autoradio. La première boucle magnétique 31 est électromagnétiquement couplée avec la seconde boucle magnétique 32 et l'antenne imprimée 30 fonctionne en mode de propagation magnétique. L'antenne 30 est ainsi particulièrement adaptée au contexte automobile (faible encombrement et faible sensibilité à l'environnement métallique).
La seconde boucle magnétique 32 (ou 22 dans le cas des figures 2A et 2B) est galvaniquement reliée au circuit électronique. La première boucle magnétique 31 (ou 21 dans le cas des figures 2A et 2B) est la partie rayonnante de l'antenne imprimée 30 (ou 20 dans le cas des figures 2A et 2B) et détermine sa fréquence de résonance.
Les première 31 et seconde 32 boucles magnétiques sont constituées de segments de bande de cuivre (qui est conventionnellement utilisée sur circuit imprimé). Bien entendu, les boucles magnétiques peuvent être réalisées dans tout autre matériau conducteur.
Par exemple, la seconde boucle 32 est constituée de cinq segments 324, 325, 326, 327 et 328 formant sensiblement un rectangle. Sur la figure 3B, les segments 324, 325, 326, 327 et 328 ont été représentés avec des largeurs égales. Bien entendu, les segments constituant les première 31 et seconde 32 boucles magnétiques peuvent être de largeurs différentes telles que les première 21 et seconde 22 boucles du premier mode de réalisation illustré par les figures 2A et 2B.
Au sens électrique, la première boucle magnétique 31 en cuivre peut être modélisée électriquement par une bobine L1 associée avec une résistance R1 (qui représente une partie de la résistance de pertes de l'antenne imprimée 30) et avec une capacité C1 ci-après décrite.
Cette antenne imprimée 30 est prévue pour émettre dans la bande de fréquence Bluetooth, plus précisément à la fréquence 2,45 GHz, et se comporte comme un circuit RLC parallèle en résonance.
Il est à noter que la longueur de la piste en cuivre formant la première boucle magnétique 31 doit être égale à la longueur d'onde à laquelle l'antenne émet (dans le présent cas la longueur d'onde Bluetooth, qui est égale à environ 12cm dans le vide) divisée par l'indice de réfraction du circuit imprimé 300. Dans le présent cas, la longueur de la première boucle est d'environ 6 cm.
Les extrémités 311 , 312 de la première boucle magnétique 31 sont positionnées en regard l'une de l'autre et définissent une première fente 313 de faible largeur.
Ainsi, les deux extrémités 311 , 312 de la première boucle magnétique 31 ainsi que la première fente 313 forment la capacité C1.
La capacité C du circuit RLC équivalent à l'antenne 30 est égale à la somme de la capacité C1 et d'une capacité C2. La capacité C2 qui est imposée par la largeur du circuit imprimé 300 (généralement, C2 est de faible valeur et influe peu sur la capacité C du circuit RLC). Le choix de la largeur de la première fente 313 permet notamment d'accorder la valeur de la capacité C1 et ainsi celle de la capacité C du circuit RLC équivalent à l'antenne 30. On accorde ainsi la fréquence de résonance de l'antenne 30 à la fréquence recherchée de 2,45GHz. Ainsi, grâce à l'antenne imprimée de l'invention, il n'est pas nécessaire d'avoir recours à l'utilisation d'une capacité supplémentaire (comme dans certaines antennes classiques) pour ajuster la fréquence de résonance.
Il est également à noter que la largeur des segments de bande de cuivre constituant la première boucle magnétique 31 permet également d'accorder la capacité C1 et donc la fréquence de résonance.
La seconde boucle magnétique 32 (galvaniquement reliée au circuit électronique) sert à approvisionner la première boucle magnétique 31 (cette dernière étant la partie rayonnante de l'antenne) avec l'énergie destinée à la radiation.
La seconde boucle magnétique 32 est équivalente à un circuit électrique RL de résistance R2 et d'inductance L2 et la première boucle magnétique 31 est équivalente à un circuit électrique RLC de résistance R1 , d'inductance L1 et de capacité C1.
Ainsi, l'antenne imprimée 30 est équivalente à un circuit électrique RLC, où R =
R1+R2+R3, L = L1+L2+L3 et C = C1+C2+C3 (tel qu'expliqué précédemment, C2 n'étant pas liée à la seconde boucle magnétique 32 mais au circuit imprimé 3000) où R3, L3 et C3 sont respectivement des résistances, inductance et capacité équivalentes liées à l'influence de l'environnement de l'antenne.
En faisant varier les valeurs de la surface intérieure et les largeurs respectives des différents segments de bande de cuivre constituant la seconde boucle 32 (électromagnétiquement couplée à la première boucle 31), l'impédance d'entrée de l'antenne imprimée 30 peut ainsi être ajustée à toute valeur désirée, par exemple à 50Ω.
L'impédance d'entrée de l'antenne imprimée 30 peut aussi être ajustée en faisant varier le positionnement relatif de la première boucle 31 par rapport à la seconde boucle 32.
On peut noter que l'impédance d'entrée de l'antenne imprimée 30 peut également être ajustée en faisant varier les largeurs respectives des différents segments de bande de cuivre constituant la première boucle 31 ou encore en faisant varier la largeur de la fente 313 (dont dépend directement la capacité C1).
En effet, conformément à la théorie de l'inductance mutuelle (autrement appelée théorie du « transformateur » ou du « couplage inductif »), l'impédance de l'antenne imprimée 30 dépend des résistances R1 , R2, inductances L1 L2 et capacité C1 des première et seconde boucles 31 , 32, ces résistances, inductances et capacités dépendant elles-mêmes notamment des largeurs respectives des différents segments de bande de cuivre constituant les première et seconde boucle 31 , 32.
Une fois la seconde boucle 32 alimentée en énergie par le circuit électronique 3000, un courant 12 circule dans cette seconde boucle 32 et génère un champ électromagnétique qui excite la première boucle 31 (équivalente à un circuit oscillant R1 , L1 , C1) et induit donc un courant 11 qui circule dans cette première boucle 31.
La première boucle 31 étant en résonance à la fréquence désirée force une distribution précise du courant sur les segments de bande de cuivre qui la constituent, ce qui conduit à la réalisation d'une antenne en bande Bluetooth. Les première 31 et seconde 32 boucles des premier et second modes de réalisation précités ont une forme sensiblement rectangulaire. Bien entendu, les première et seconde boucles d'une antenne conforme à l'invention peuvent avoir toute forme, par exemple circulaire. Par ailleurs, les première et seconde boucles d'une antenne conforme à l'invention peuvent être identiques ou distinctes. Ainsi, l'impédance d'une antenne imprimée conforme à la présente invention est plus stable et peut être aisément adaptée (par exemple, par variation de la valeur de la capacité C2) par rapport à une antenne électrique classique (ayant pour circuit équivalent, un circuit R1L).
On présente, en relation avec la figure 4, un autoradio 40 à base d'un circuit imprimé 41 comprenant une antenne imprimée 42 selon l'invention.
L'autoradio 40 comprends le circuit imprimé 41 sur lequel est montée l'antenne 42 ainsi qu'un circuit électronique auquel est électriquement connecté l'antenne 42. Un boîtier 44 comprenant des éléments mécaniques est monté sur le circuit imprimé 41.
L'habillage de l'autoradio comprend une façade 43 ainsi que des première 45, seconde 46 et troisième 47 plaques.

Claims

REVENDICATIONS
1. Antenne imprimée sur un circuit imprimé (200, 300) comprenant au moins une première boucle (21 , 31) magnétique imprimée sur une première face du circuit imprimé et une seconde boucle (22, 32) magnétique imprimée sur une seconde face du circuit imprimé, la seconde face du circuit imprimé étant située en regard de la première face du circuit imprimé, lesdites première (21 ,31) et seconde (22,32) boucles étant situées en regard l'une de l'autre de part et d'autre du circuit imprimé (200,300), ladite seconde boucle (22,32) étant reliée à un circuit électronique d'alimentation caractérisé en ce que lesdites première (21 , 31) et seconde (22, 32) boucles sont électromagnétiquement couplées entre-elles afin de stabiliser l'impédance de l'antenne imprimée, l'énergie nécessaire à la première boucle (21 , 31) pour rayonner étant apportée par la seconde boucle (22, 32).
2. Antenne imprimée selon la revendication 1 , ladite première boucle magnétique comprenant deux extrémités en regard l'une de l'autre et définissant une première fente (213, 313) caractérisée en ce que la largeur de ladite première fente (213, 313) est choisie de façon que les extrémités de la première boucle (21 , 31) et la première fente (213, 313) forment une capacité permettant d'accorder la fréquence de résonance de l'antenne dont la valeur dépend de la largeur de la première fente.
3. Antenne imprimée selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'au moins une des dites première (21 , 31) et seconde (22, 32) boucles magnétiques comprend au moins deux segments de boucle dont les largeurs sont distinctes.
4. Circuit imprimé pour dispositif électronique embarqué comprenant au moins une antenne imprimée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
5. Dispositif électronique embarqué comprenant au moins une antenne imprimée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
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