WO2014147030A1 - Système multi-antennes large bande constitué d'au moins deux antennes de même forme et de même dimension - Google Patents

Système multi-antennes large bande constitué d'au moins deux antennes de même forme et de même dimension Download PDF

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Jean-Marie FLOC'H
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Definitions

  • Broadband multi-antenna system consisting of at least two antennas of the same shape and size.
  • the present invention relates to a multi-antenna system broadband multi-antenna consisting of at least two antennas of the same shape and the same dimensions.
  • the new 3GPP LTE telecommunication standard also known as 4G
  • 4G opens a large number of sub-frequency bands in which telecommunication devices must transmit and / or receive signals.
  • the sub-frequency bands are between 700MHz and 2700MHz.
  • the frequency sub-band 700 to 800 MHz, the frequency sub-band 824 at 960 MHz, and the sub-frequency bands between 1710 MHz and 2700 MHz are examples.
  • the antenna or antennas of the portable telecommunication devices must be able to transmit and / or receive electromagnetic signals in these sub-frequency bands.
  • the lower sub-frequency bands impose antennae of large size while the miniaturization of portable telecommunications devices imposes imperatives of reduced size to the antennas.
  • the present invention aims to solve these various constraints by providing a multi-antenna system that is able to radiate and / or convert electromagnetic waves in a broad frequency spectrum while being of reduced size.
  • the invention proposes a broadband multi-antenna system consisting of at least two antennas of the same shape and dimensions, placed above a ground plane, characterized in that the antennas are respectively connected to a demodulator, the farthest portion of the ground plane of each antenna is folded one or more times so that the folded portion or the last folded portion of the antenna forms an angle with the unfolded portion of the antenna between 10 and 100 degrees.
  • the multi-antenna system is able to radiate and / or convert electromagnetic waves in a broad frequency spectrum while being of a small footprint.
  • the size of the multi-antenna system is reduced and the couplings between the antennas are reduced compared to multi-antenna broadband systems known to those skilled in the art.
  • the dimensions of the ground plane on which the antennas are placed have little influence on the adaptation and radiation characteristics, that the ground plane is wider or thicker, or that the ground plane is laid or fixed on any substrate, for example against a wall, on the metal roof of a vehicle or on a table. wood.
  • the dimensions of the ground plane will be reduced compared to the dimensions that should have the ground plane on which would be mounted a single antenna or several antennas designed with current existing solutions and within the reach of the skilled person.
  • each antenna is folded once and the length of the folded part of the antenna represents between 25 and 40% of the total length of the antenna.
  • the antenna directivity of the multi-antenna system is improved.
  • a capacitive coupling between the folded portions of the antennas and the ground plane is obtained.
  • the capacitive coupling obtained makes it possible to reduce the coupling existing between the different antennas and makes it possible to reduce the size of the multi-antenna system.
  • each antenna is placed above the ground plane at the same distance from the ground plane and at the same distance from the center of the ground plane.
  • the multi-antenna system comprises an even number of antennas, each antenna is symmetrical to another antenna according to a central symmetry, the center of the symmetry being a point above the plane of the antenna. mass at the same distance as the distance separating the antennas from the ground plane.
  • the directivity of each of the antennas of the multi-antenna system compared to a system equipped with conventional antennas is improved, the coupling existing between the different antennas is reduced.
  • each antenna is placed above the ground plane at a position such that the distance with its symmetrical antenna is the greatest.
  • the multi-antenna system comprises an odd number of antennas comprising a first antenna and second antennas, the first antenna being placed at a point above the ground plane at the same distance from the plane. of mass that the distance of the antennas with the ground plane and each second antenna is the symmetrical of another second antenna in a central symmetry, the center of symmetry being the point at which the first antenna is placed.
  • the directivity of the multi-antenna system is improved, the coupling existing between the different antennas is reduced.
  • each second antenna is placed above the ground plane at a position such that the distance with its symmetrical antenna is the largest.
  • the directivity of the multi-antenna system is improved, the coupling existing between the different antennas is reduced.
  • the antennas have a circular, triangular, trapezoidal or elliptical shape and are placed above the ground plane at a distance of 1 to 4 mm from the ground plane.
  • the shape is elliptical and the total length of the antenna is 70 mm.
  • FIG. 1 represents an exemplary embodiment of a multi-antenna system which comprises an even number of antennas
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a multi-antenna system according to the present invention
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of two antennas symmetrical with respect to a point.
  • FIG. 3 represents an exemplary embodiment of a multi-antenna system which comprises an odd number of antennas.
  • Fig. 1 represents an exemplary embodiment of a multi-antenna system which comprises an even number of antennas.
  • the multi-antenna system has four antennas.
  • Antennas have the same shape and size.
  • the antennas have an elliptical shape and are placed above the ground plane at a distance of 1 to 4, preferably 2 mm from the ground plane.
  • the antennas have a circular, triangular, trapezoidal or elliptical shape.
  • the antennas are respectively connected to a demodulator modulator represented by a sinusoid in a circle.
  • the most distant part 10b, 11b, 12b and 13b of the ground plane of each antenna is folded once so that the folded part 10b, 11b, 12b and 13b of the antenna forms an angle with the unfolded part of the antenna between 10 and 100 degrees.
  • the angle is equal to 90 degrees.
  • the unfolded portion 10a, 11a, 12a and 13a is perpendicular to the ground plane.
  • the length of the folded part of each antenna represents between 25 and 40% of the total length of the antenna which is for example 70 mm.
  • the length of the folded part of each antenna represents 30% of the total length of the antenna.
  • Each antenna is symmetrical to another antenna in a central symmetry, the center of symmetry being a point above the ground plane at the same distance as the distance separating the antennas from the ground plane.
  • Each antenna is placed above the ground plane at a position such that the distance with its symmetrical antenna is greatest.
  • the ground plane has four openings, only three noted 14, 15 and 16 are visible in FIG. 1.
  • Each opening is symmetrical to another opening according to the same center of symmetry as that of the antennas.
  • Fig. 2 shows a longitudinal section of two antennas symmetrical with respect to a point.
  • Both antennas are folded three times. Of course, the antennas can be folded a larger number of times.
  • the folds are denoted 21a, 21b and 21c for one of the antennas and noted 20a, 20b and 20c for the other antenna.
  • Fig. 3 represents an exemplary embodiment of a multi-antenna system which comprises an odd number of antennas.
  • the multi-antenna system has seven antennas.
  • Antennas have the same shape and size.
  • the antennas 30 to 36 have an elliptical shape and are placed above the ground plane at a distance of 1 to 4 mm from the ground plane.
  • the antennas have a circular, triangular, trapezoidal or elliptical shape.
  • the antennas are respectively connected to a demodulator modulator represented by a sinusoid in a circle.
  • the antennas 30 to 36 are folded in the same manner as described with reference to FIG. 1.
  • the antenna 36 is placed at a point above the ground plane at the same distance from the ground plane as the distance from the other antennas to the ground plane and each antenna 30 to 35 is the symmetrical of another antenna according to a central symmetry, the center of symmetry being the point at which the antenna 36 is placed.
  • Each antenna 30 to 35 is placed above the ground plane at a position such that the distance with its symmetrical antenna is greatest.
  • the antenna 36 is dedicated to communications in the frequency band reserved for Wif ⁇ or Zigbee or Bluetooth while the antennas 30 to 35 are dedicated to communications in the frequency bands reserved for the 2G, 3G cellular telecommunication standards.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

L'invention concerne un système multi-antennes large bande constitué d'au moins deux antennes de même forme et de même dimension, placées au dessus d'un plan de masse, caractérisé en ce que les antennes sont reliées respectivement à un modulateur démodulateur, la partie la plus distante du plan de masse de chaque antenne (10b, 11b, 12b, 13b) est pliée une ou plusieurs fois pour que la partie pliée ou la dernière partie pliée (10b, 11b, 12b, 13b) de l'antenne forme un angle avec la partie non pliée de l'antenne compris entre 10 et 100 degrés.

Description

Système multi-antennes large bande constitué d'au moins deux antennes de même forme et de même dimension.
La présente invention concerne un système multi-système multi-antennes large bande constitué d'au moins deux antennes de même forme et de mêmes dimensions.
Les dispositifs de télécommunication portables actuels, tels que par exemple les téléphones portables, les tablettes communicantes ou encore les dispositifs de télémesures, doivent être capable d'émettre et/ou de recevoir des signaux dans une pluralité de bandes de fréquences.
Par exemple, la nouvelle norme de télécommunication 3GPP LTE, appelée aussi 4G, ouvre un grand nombre de sous bandes de fréquences dans lesquels les dispositifs de télécommunication doivent émettre et/ou recevoir des signaux. Les sous bandes de fréquences sont comprises entre 700MHz et 2700MHz. La sous bande de fréquence 700 à 800MHz, la sous-bande de fréquence 824 à 960MHz, et les sous bandes de fréquences comprises entre 1710 MHz et 2700 MHz en sont des exemples.
La ou les antennes des dispositifs de télécommunication portables doivent être aptes à émettre et/ou recevoir des signaux électromagnétiques dans ces sous bandes de fréquences. Les sous bandes de fréquences les plus basses imposent des antennes de taille importante tandis que la miniaturisation des dispositifs de télécommunication portables impose des impératifs d'encombrement réduit aux antennes.
La présente invention a pour but de résoudre ces différentes contraintes en proposant un système multi-antennes qui soit apte à rayonner et/ou à convertir des ondes électromagnétiques dans un large spectre de fréquence tout en étant d'un encombrement réduit.
A cette fin, selon un premier aspect, l'invention propose un système multi- antennes large bande constitué d'au moins deux antennes de même forme et de mêmes dimensions, placées au dessus d'un plan de masse, caractérisé en ce que les antennes sont reliées respectivement à un modulateur démodulateur, la partie la plus distante du plan de masse de chaque antenne est pliée une ou plusieurs fois pour que la partie pliée ou la dernière partie pliée de l'antenne forme un angle avec la partie non pliée de l'antenne compris entre 10 et 100 degrés.
Ainsi, le système multi-antennes est apte à rayonner et/ou à convertir des ondes électromagnétiques dans un large spectre de fréquence tout en étant d'un encombrement réduit.
Grâce au pli réalisé ou aux plis réalisés, la taille du système multi-antennes est réduite et les couplages entre les antennes sont réduits comparativement aux systèmes multi-antennes larges bandes connues de l'homme du métier.
Grâce au pli réalisé ou aux plis réalisés et à la combinaison d'au moins deux antennes selon la présente invention, les dimensions du plan de masse sur lequel les antennes sont placées ont peu d'influence sur les caractéristiques d'adaptation et de rayonnement, que le plan de masse soit plus large ou plus épais, ou encore que le plan de masse soit posé ou fixé sur n'importe quel substrat, par exemple, contre un mur, sur le toit métallique d'un véhicule ou sur une table en bois.
Grâce au pli réalisé ou aux plis réalisés, au positionnement de chacune des deux antennes et à la combinaison d'au moins deux antennes selon la présente invention, les dimensions du plan de masse seront réduites comparativement aux dimensions que devrait avoir le plan de masse sur lequel seraient montées une seule antenne ou plusieurs antennes conçues avec les solutions actuelles existantes et à la portée de l'homme du métier.
Selon un mode particulier de l'invention, chaque antenne est pliée une fois et la longueur de la partie pliée de l'antenne représente entre 25 et 40% de la longueur totale de l'antenne. Ainsi, la directivité des antennes du système multi-antennes est améliorée. En choisissant une telle longueur, un couplage capacitif entre les parties pliées des antennes et le plan de masse est obtenu. Le couplage capacitif obtenu permet de réduire le couplage existant entre les différentes antennes et permet de réduire la taille du système multi-antennes.
Ce même couplage capacitif stabilise le comportement du système multi- antennes vis-à-vis de son environnement.
Selon un mode particulier de l'invention, chaque antenne est placée au dessus du plan de masse à une même distance du plan de masse et à même distance du centre du plan de masse.
Selon un mode particulier de l'invention, le système multi-antennes comporte un nombre pair d'antennes, chaque antenne est le symétrique d'une autre antenne selon une symétrie centrale, le centre de la symétrie étant un point au dessus du plan de masse à la même distance que la distance séparant les antennes du plan de masse.
Ainsi, la directivité de chacune des antennes du système multi-antennes, comparativement à un système muni d'antennes classiques est améliorée, le couplage existant entre les différentes antennes est réduit.
Selon un mode particulier de l'invention, chaque antenne est placée au dessus du plan de masse à une position telle que la distance avec son antenne symétrique est la plus grande.
Selon un mode particulier de l'invention, le système multi-antennes comporte un nombre impair d'antennes comprenant une première antenne et des secondes antennes, la première antenne étant placée à un point au dessus du plan de masse à la même distance du plan de masse que la distance des antennes avec le plan de masse et chaque seconde antenne est le symétrique d'une autre seconde antenne selon une symétrie centrale, le centre de la symétrie étant le point auquel la première antenne est placée.
Ainsi, la directivité du système multi-antennes est améliorée, le couplage existant entre les différentes antennes est réduit.
Cette configuration est particulièrement intéressante, si la bande de fréquence dans laquelle la première antenne fonctionne est différente de la bande de fréquence dans laquelle les secondes antennes fonctionnent. Selon un mode particulier de l'invention, chaque seconde antenne est placée au dessus du plan de masse à une position telle que la distance avec son antenne symétrique est la plus grande.
Ainsi, la directivité du système multi-antennes est améliorée, le couplage existant entre les différentes antennes est réduit.
Selon un mode particulier de l'invention, les antennes ont une forme circulaire, triangulaire, trapézoïdale, ou elliptique et sont placées au dessus du plan de masse à une distance de 1 à 4 mm du plan de masse.
Selon un mode particulier de l'invention, la forme est elliptique et la longueur totale de l'antenne est de 70 mm.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :
la Fig. 1 représente un exemple de réalisation d'un système multi-antennes qui comporte un nombre pair d'antennes;
la Fig. 2 représente un second exemple de réalisation d'un système multi- antennes selon la présente invention ;
la Fig. 2 représente une coupe longitudinale de deux antennes symétriques par rapport à un point.
la Fig. 3 représente un exemple de réalisation d'un système multi-antennes qui comporte un nombre impair d'antennes.
La Fig. 1 représente un exemple de réalisation d'un système multi-antennes qui comporte un nombre pair d'antennes.
Dans l'exemple de la Fig. 1, le système multi-antennes comporte quatre antennes. Les antennes ont la même forme et la même dimension.
Les antennes ont une forme elliptique et sont placées au dessus du plan de masse à une distance de 1 à 4, préférentiellement 2 mm du plan de masse. En variante, les antennes ont une forme circulaire, triangulaire, trapézoïdale, ou elliptique.
Les antennes sont reliées respectivement à un modulateur démodulateur représenté par une sinusoïde dans un cercle.
La partie la plus distante 10b, 11b, 12b et 13b du plan de masse de chaque antenne est pliée une fois pour que la partie pliée 10b, 11b, 12b et 13b de l'antenne forme un angle avec la partie non pliée de l'antenne compris entre 10 et 100 degrés. Préférentiellement l'angle est égal à 90 degrés.
La partie non pliée 10a, l ia, 12a et 13a est perpendiculaire au plan de masse.
La longueur de la partie pliée de chaque antenne représente entre 25 et 40 % de la longueur totale de l'antenne qui est par exemple de 70 mm. Préférentiellement, la longueur de la partie pliée de chaque antenne représente 30 % de la longueur totale de l'antenne.
Chaque antenne est le symétrique d'une autre antenne selon une symétrie centrale, le centre de la symétrie étant un point au dessus du plan de masse à la même distance que la distance séparant les antennes du plan de masse.
Chaque antenne est placée au dessus du plan de masse à une position telle que la distance avec son antenne symétrique est la plus grande.
Le plan de masse comporte quatre ouvertures, seules trois notées 14, 15 et 16 sont visibles sur la Fig. 1.
Chaque ouverture est le symétrique d'une autre ouverture selon le même centre de symétrie que celui des antennes.
La Fig. 2 représente une coupe longitudinale de deux antennes symétriques par rapport à un point.
Les deux antennes sont pliées trois fois. Bien entendu, les antennes peuvent être pliées un nombre plus important de fois.
Les plis sont notés 21a, 21b et 21c pour une des antennes et notés 20a, 20b et 20c pour l'autre antenne.
La Fig. 3 représente un exemple de réalisation d'un système multi-antennes qui comporte un nombre impair d'antennes.
Dans l'exemple de la Fig. 3, le système multi-antennes comporte sept antennes.
Les antennes ont la même forme et la même dimension.
Les antennes 30 à 36 ont une forme elliptique et sont placées au dessus du plan de masse à une distance de 1 à 4 mm du plan de masse. En variante, les antennes ont une forme circulaire, triangulaire, trapézoïdale, ou elliptique.
Les antennes sont reliées respectivement à un modulateur démodulateur représenté par une sinusoïde dans un cercle.
Les antennes 30 à 36 sont pliées de la même manière que celle décrite en référence à la Fig. 1. L'antenne 36 est placée à un point au dessus du plan de masse à la même distance du plan de masse que la distance des autres antennes avec le plan de masse et chaque antenne 30 à 35 est le symétrique d'une autre antenne selon une symétrie centrale, le centre de la symétrie étant le point auquel l'antenne 36 est placée.
Chaque antenne 30 à 35 est placée au dessus du plan de masse à une position telle que la distance avec son antenne symétrique est la plus grande.
Par exemple, l'antenne 36 est dédiée aux communications dans la bande de fréquence réservée au Wifï ou au Zigbee ou au Bluetooth tandis que les antennes 30 à 35 sont dédiées aux communications aux bandes de fréquences réservées aux normes de télécommunication cellulaires 2G, 3G, UMTS, CDMA, 4G LTE, ISM.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ici, mais englobe, bien au contraire, toute variante à la portée de l'homme du métier et particulièrement la combinaison de différents modes de réalisation de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1) Système multi-antennes large bande constitué d'au moins deux antennes de même forme et de même dimension, placées au dessus d'un plan de masse, caractérisé en ce que les antennes sont reliées respectivement à un modulateur démodulateur, la partie la plus distante (10b, 11b, 12b, 13b) du plan de masse de chaque antenne est pliée une ou plusieurs fois pour que la partie pliée ou la dernière partie pliée (10b, 11b, 12b, 13b) de l'antenne forme un angle avec la partie non pliée de l'antenne compris entre 10 et 100 degrés.
2) Système multi-antennes selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque antenne est pliée une fois et la longueur de la partie pliée (10b, 11b, 12b, 13b) de l'antenne représente entre 25 et 40 % de la longueur totale de l'antenne. 3) Système multi-antennes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque antenne est placée au dessus du plan de masse à une même distance du plan de masse.
4) Système multi-antennes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système multi-antennes comporte un nombre pair d'antennes, chaque antenne est le symétrique d'une autre antenne selon une symétrie centrale, le centre de la symétrie étant un point au dessus du plan de masse à la même distance que la distance séparant les antennes du plan de masse. 5) Système multi-antennes selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque antenne est placée au dessus du plan de masse à une position telle que la distance avec son antenne symétrique est la plus grande.
6) Système multi-antennes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le système multi-antennes comporte un nombre impair d'antennes comprenant une première antenne et des secondes antennes, la première antenne étant placée à un point au dessus du plan de masse à la même distance du plan de masse que la distance des secondes antennes avec le plan de masse et chaque seconde antenne est le symétrique d'une autre seconde antenne selon une symétrie centrale, le centre de la symétrie étant le point auquel la première antenne est placée.
7) Système multi-antennes selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque seconde antenne est placée au dessus du plan de masse à une position telle que la distance avec son antenne symétrique est la plus grande.
8) Système multi-antennes selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les antennes ont une forme circulaire, triangulaire, trapézoïdale, ou elliptique et sont placées au dessus du plan de masse à une distance de 1 à 4 mm du plan de masse.
9) Système multi-antennes selon la revendication 8, caractérisé en ce que la forme est elliptique et la longueur totale de l'antenne est de 70 mm.
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