WO2014129879A1 - Antenne reconfigurable pour les réseaux de communications mobiles 3g et 4g - Google Patents
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Abstract
Cette invention concerne le domaine des antennes reconfigurables pour les réseaux de communications mobiles de troisième (3G) et quatrième générations (4G) opérant dans les bandes 2 1 GHz et 2.6GHz respectivement Cette antenne est très compacte et peut donc être intégrée dans les dispositifs de communications mobiles portables tels que les téléphones portables, les smart phones, les PC et les tablettes. Par ailleurs, le coût de fabrication de cette antenne est très réduit. Pour arriver à ce résultat nous avons opté pour la conception d'une antenne utilisant la technologie d'antennes micro-rubans imprimées sur un substrat diélectrique. L'élément rayonnant de cette antenne est un disque conducteur présentant une fente en forme de U. La commutation de l'antenne entre les bandes de fréquence est assurée par deux diodes PIN placées sur les deux extrémités de la fente en U. Le caractère réconfigurable de cette antenne réside dans le faite qu'elle peut commuter entre deux bandes de fréquence centrées à 2.1 et 2.6 GHz qui sont standardisées pour les réseaux de communications mobiles 3G et 4G. Par conséquent, cette même antenne peut être utilisée pour les deux bandes de fréquences.
Description
Titre : Antenne reconfîgurable pour les réseaux de communications mobiles 3G et 4G Description de l'invention
Les antennes reconfigurables sont des antennes passives auxquelles sont ajoutées des composants actifs qui permettent de modifier leurs propriétés dans le domaine fréquentiel ou spatial. Ainsi, de telles antennes peuvent changer leur comportement en temps réel, en accord avec une stratégie de communication définie par le système dans son ensemble. De nombreuses fonctionnalités sont envisageables telles que la formation de faisceau, la gestion simultanée de plusieurs polarisations (linéaire horizontale, verticale, circulaire, et elliptique à différentes fréquences), la commutation de bandes de fréquence ou encore l'accord en fréquence sur une bande ultra large par exemple.
On peut classer les antennes reconfigurables selon plusieurs critères tels que la propriété physique responsable du caractère reconfigurable (modification des lignes de courants, modification de propriétés diélectriques du substrat de l'antenne, déformation géométrique, etc.), du type de composants reconfigurables employés (diodes, transistors, MEMS, etc.) ou encore de leur structure géométrique (type de structure reconfigurable, géométrie à priori de l'antenne, etc.).
Notre antenne reconfigurable comporte une partie conductrice rayonnante munie d'une ouverture présentant au moins deux extrémités, chaque extrémité étant munie d'un commutateur, l'état passant ou fermé de chacun des commutateurs déterminant la bande de fonctionnement de ladite antenne.
Notre antenne possède une ouverture une forme en U et lorsque les deux commutateurs sont fermés, la bande de fonctionnement est la bande 3 G et lorsque la deux commutateurs sont ouverts, la bande de fonctionnement est la bande 4G.
Cette antenne peut fonctionner dans les bandes de fréquences 2.1 GHz (standardisée pour les réseaux mobiles 3G) et 2,6 GHz (standardisée pour les réseaux mobiles 4G). La commutation entre ces deux fréquences est assurée par l'état de polarisation de deux diodes PIN utilisées comme éléments de commutation dans cette antenne.
Par ailleurs, cette antenne présente plusieurs avantages :
• Bandes de fréquences qui touchent des technologies à fort impact sur les plans économique et social, à savoir, les technologies de communications mobiles 3 G et 4G.
• Commutation entre les deux bandes de fréquence facilement obtenue par des commutateurs en diodes PIN.
• Taille compacte et miniature.
• Faible coût de production.
• Intégrable dans plusieurs dispositifs électroniques radiofréquences tels que les téléphones portables, les PC, et les tablettes.
Cette invention est basée sur une architecture et un design innovants d'antenne reconfigurable imprimée en technologie micro-ruban (microstrip), dont l'élément rayonnant est constitué par un disque en cuivre, comportant une fente ou ouverture en forme de U, imprimé sur un substrat diélectrique en époxy FR4 (Figures 1, 2, 3, 4 et Table 1, 2). La fente pratiquée dans le disque rayonnant comporte deux diodes PIN au niveau de ses deux extrémités. Ces diodes vont permettre de commuter l'antenne entre les deux bandes de fréquence de communications 3G et 4G. L'antenne est alimentée par une ligne micro-ruban de 50 ohms.
Ainsi, cette nouvelle conception d'antenne reconfigurable offre une grande flexibilité en termes de commutation de fréquence pour passer de la technologie de communication mobile 3 G à 4G correspondant aux bandes de fréquences 2.1 GHz et 2.6 GHz respectivement comme indiqué sur les courbes SU donnant le etum Loss de cette antenne pour les états ON-ON et OFF-OFF (Figures 5, 6). Par ailleurs, le diagramme rayonnement de cette antenne est quasi omnidirectionnel pour ces deu bandes de fréquence (Figures 7, 8).
Antenne comporte un substrat diélectrique comportant en partie supérieure ladite partie conductrice rayonnante et en partie inférieure un pia de masse conducteur partiel. Elle est intégrable dans des dispositifs électroniques comportant une antenne.
Liste des figures et tableaux
Figure 1 : Géométrie de l'antenne reconfigurable
Figure 2 : Géométrie de la fente pratiquée dans le disque de cuivre (élément rayonnant de l'antenne)
Figure 3 : Photos de l'antenne reconfigurable à côté d'une pièce de monnaie de 5DH montrant la taille petite et compacte de celle-ci
Figure 4 : Photo de l'élément rayonnant avec la fente et les commutateurs (switches)
Tableau 1 : Dimensions de l'antenne
Tableau 2 : Dimensions de la fente
Figure 5 : Caractéristiques de l'antenne
Figure 6 : Paramètre SI 1 (Return Loss) de l'antenne dans l'état des deux commutateurs fermés (état ON-ON)
Figure 7 : Paramètre SI 1 (Return Loss) de 1 "antenne dans l'état des deux commutateurs fermés (état OFF-OFF)
Figure 8 : Diagrammes de rayonnement de l'antenne pour la bande 2.1GHz dans le cas où le commutateur est dans l'état ON-ON
Figure 9 : Diagrammes de rayonnement de l'antenne pour la bande 2.6 GHz dans l'état OFF- OFF
Claims
1. Antenne reconfigurable comportant une partie conductrice rayonnante munie d'une ouverture présentant au moins deux extrémités, chaque extrémité étant munie d'un commutateur, l'état passant ou fermé de chacun des commutateurs déterminant la bande de fonctionnement de ladite antenne
2. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'ouverture possède une forme en U.
3. Antenne selon l'une des revendications précédentes caractérisée e ce que lorsque les deux commutateurs sont fermés, la bande de fonctionnement est la bande 3G et lorsque la deux commutateurs sont ouverts, la bande de fonctionnement est la bande 4G.
4. Antenne selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte un substrat diélectrique comportant en partie supérieure ladite partie conductrice rayonnante et en partie inférieure un plan de masse conducteur partiel.
5. Antenne selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte un micro-ruban conducteur d'alimentation présentant une impédance caractéristique de 50 Ohms.
- 6. Antenne selon la-revendication -5 ou 6 caractérisée en ce que la partie rayonnante, le plan de masse et le micro-ruban sont e cuivre.
7. Antenne selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la surface de la partie conductrice rayonnante est inférieure ou égale à 2 cm2
8. Antenne selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la partie conductrice rayonnante est de forme sensiblement circulaire.
9. Antenne selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que chacun des commutateurs est formé par une diode PIN.
10. Antenne intégrable dans des dispositifs électroniques comportant une antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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