Brevet FR2513021A1 — publié le 19830318

Antenne multibande, notamment pour vitre de véhicule automobile. L'invention est relative à une antenne multibande, notamment destinée à une vitre ou àun pare-brise de véhi- cule automobile. L'ensemble de l'antenne, ou plus exactement l'en- semble du circuit d'antenne, du type de celui de l'inven- tion,etdela vitre sur laquelle ce circuit est appliqué, est désigné, d'une manière usuelle, par la simple expres- sion "vitre antenne". Les antennes multibandes pour la réception de signaux à la fois dans la bande des ondes ultra-courtes (FM),' et dans la bande des ondes courtes, moyennes et longues (AM) sont déjà bien connues sous des formes diverses et trouvent une application générale dans le remplacement des antennes fouetsou télescopiques utilisées jusqu'ici sur les véhicules automobiles. Les circuits desdites antennes sont généralement dé- posés sur la vitre par sérigraphie sur une fritte de verre contenant un conducteur métallique, suiviepar un recuit, ou par enrobage d'un fil conducteur dans une feuille de matière plastique disposée entre deux panneaux de verre. Les configurations d'antenne connues jusqu'à présent se composent normalement d'éléments centraux pour la ré- ception FM, et d'éléments latéraux, s'étendant le long des bords du pare-brise, pour la réception AM; ces élé- ments sont ensuite reliés au câble conduisant de l'antenne au récepteur radio. Parmi les diverses configurations d'antenne adoptées, celles décrites dans le brevet italien no 945 948 (de la Société Saint Gobain) ont été diffusés à une particuliè- rement grande échelle, ces configurations se composent d'un conducteur vertical en forme de tige ou de T,pour la réception dans la bande des ondes ultra-courtes (FM),dis- posé le long de la ligne centrale du pare-brise, etd'un conducteur pour la réception dans la bande des ondes courtes, moyennes et longues, s'étendant, à partir dupoint de prise du signal, selon deux bras qui suivent le bord du pare-brise. Il convient de signaler également, en raison de ses caractéristiques spéciales, la configuration d'antenne selon la demande de brevet italien no 20 387 A/79 (de la Société Fabbrica Pisana S p A) se composant de segments verticaux reliés à des segments horizontaux, ces derniers étant situés principalement à la partie supérieure du pare-brise, et leur horizontalité dépendant de la pente du bord supérieur du pare-brise. Il faut mentionner enfin la configuration d'antenne conforme à la demande de brevet FR no 73 38052 (numéro de publication 2 205 755)(de la Société Flachglas A G. Delog-Detag) Cette antenne se compose d'éléments doubles verticaux et horizontaux reliés au point de prise du si- gnal. Toutes les configurations d'antenne connues jusqu'à présent, y compris celles décrites ci-dessus, comportent des conducteurs différents formant l'antenne, destinés à la modulation de fréquence (FM) et à la modulation d'am- plitude (AM), qui convergent en un ou plusieurs points qui sont reliés l'un à l'autre, et qui sont montés par conséquent "en parallèle". De ce fait, dans ces configurations, le signal reçu du segment central d'antenne est ensuite additionné en phase avec celui reçu du segment d'antenne périphérique, afin d'améliorer les performances de l'antenne en AM et FM. Ces configurations d'antenne déjà connues présentent deux inconvénients particulièrement sensibles: Première- ment, il n'est pas possible,dans la pratique actuelle,de modifier la position de prise du signal sur la vitre, tout en conservant inchangée, dans le même temps, la géo- métrie de la configuration, du fait que les longueurs de l'élément conducteur dépendent de rapports qui sont en relation avec les longueurs d'ondes reçues; Deuxièmement, toutes les configurations d'antenne décrites jusqu'à pré- sent sont extrêmement directionnelles. Cela signifie que l'antenne fournit un signal de ré- ception selon un degré acceptable seulement lorsqu'elle est orientée vers l'émetteur suivant certains angles, et que les propriétés de réception de l'antenne sont consi- dérablement diminuées lorsque l'angle d'orientation est supérieur à 1800 et inférieur à 3600. L'invention a pour but, surtout, de fournir une an- tenne multibande qui ne présente plus, ou tout au moins qui présente à un degré moindre, les inconvénients évo- qués ci-dessus. Selon l'invention, une antenne multibande, notamment pour une vitre de véhicule automobile, est caractérisée en ce qu'elle comporte un seul fil conducteur qui part de la position de prise du signal,qui se termine par une seule extrémité libre, et qui comporte la section d'an- tenne FM et la section d'antenne AM, lesdites sections étant reliées en série -et par conséquent n'exigeant pas d'être mises en phase et étant séparées électriquement par une inductance, de préférence du type en nervures de, boite. Ladite inductance peut fonctionner comme un circuit ouvert dans la bande FM et comme un court-circuit dans la bande AM. Les séries de segments verticaux et horizontaux for- mant l'unique fil conducteur de l'antenne peuvent former des figures géométriques variables, mais toujours asymé- triques. L'antenne multibande résultante peut être optimisée en ce qui concerne ses capacités de réception dans les divers cas en modifiant simplement la position du point de prise du signal en un endroit quelconque de la vitre, ou en faisant varier la longueur de l'unique fild'antenne, ou encore en faisant varier la distance du fil au bord de ladite vitre. L'antenne multibande conforme à l'invention apporte un remède aux inconvénients évoqués précédemment et cons- titue un progrès appréciable dans ce domaine industriel particulier en réduisant de manière drastique la directi- vité de la réception; de ce fait, il est possible de mo- difier la position du point de prise de signal sans alté- rer les propriétés de réception En conséquence, la ca- pacité de réception dans la bande d'ondes ultra-courtes (FM) est augmentée de manière appréciable. L'antenne multibande conforme à l'invention permet d'obtenir ces résultats grâce aux diverses caractéris- tiques nouvelles. La principale'caractéristique concerne la présence d'un seul conducteur qui commence à partir de la position de prise du signal et qui se poursuit avec une série de segments verticaux et horizontaux de forme géométrique variable mais toujours asymétrique, et qui se termine par une seule extrémité libre (par exemple conoe montré sur les dessins annexés). On peut dire, sous une forme condensée, que l'antenne conforme à l'invention est basée sur deux antennes (pour FM et pour AM) reliées en série et séparées électrique- ment au moyen d'une inductance. Cette inductance fonctionne comme un circuit ouvert dans la bande FM et comme un court-circuit dans la bande AM; de ce fait, le fil du circuit dans sa totalité fonc- tionne comme une seule antenne dans la bande AM. La connexion en série diffère de la connexion en pa- rallèle adoptée jusqu'à présent du fait qu'elle n'exige pas une mise en phase entre les deux antennes, qui, d'une part, causerait une utilisation non optimale, et, d'autre part, altérerait la directivité dans la bande FM. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des- cription détaillée qui suit, donnée avec référence aux dessins ci-annexés qui concernent des modes de réalisation particuliers non limitatifs. Les figures 1 à 4, de ces dessins, représentent quatre configurations différentes d'antenne sur une vitre; Les figures 5, 6 et 7, enfin, sont formées par des séries de courbes permettant de comparer -pour des fré- quences différentes les degrés de réception qui peuvent être obtenus avec une antenne conforme à l'invention et avec une antenne d'un type déjà connu, le véhicule équipé de ces antennes étantorienté dans diverses positions re- présentées sur la figure 5. En se reportant aux dessins, plus particulièrement aux figures 1 à 4, on peut voir diverses configurations d'antenne qui se composent d'un seul conducteur, confor- mément à l'invention, comprenant les segments ou sections pour la réception FM et pour la réception AM respective- ment, qui sont reliés en série, et sont séparés électri- quement par une inductance. Comme visible sur les dessins (figure 1), un conduc- teur d'antenne vertical 5 commence à partir d'un point 1 de prise de signal, et se dirige vers le haut, ce conduc- teur 5 se trouvant sur la ligne centrale d'un pare-brise; le conducteur d'antenne vertical 5 est relié en série à un conducteur d'antenne horizontal 3 au moyen d'une in- ductance 2 du type en nervuresde boite, dont lesdimensions sont calculées pour chaque cas particulier afin d'optimi- ser la longueur totale des éléments de l'antenne pour la réception AM et FM Le segment 5 forme la sectionpour la FM. La partie horizontale du conducteur d'antenne se prolonge, dans cette configuration, par des sections ver- ticales et horizontales 4, 6, 7, 8 qui sont reliées en série, et se terminent en une seule extrémité libre 9 De ce fait, comme déjà indiqué, l'antenne ne comporte que deux extrémités: une extrémité pour le point i de prise du signal, tandis que l'autre extrémité se situe en 9. La position du point 1 de prise du signal peut aussi être décalée vers une zone latérale et les segments d'an- tenne peuvent se suivre les uns les autres, tout en étant reliés en série,comme représenté sur la figure 2. En outre, la position du point 1 de prise du signal n'a pas besoin de se trouver nécessairement au bas de la vitre comme dans les exemples précédents, mais peut se trouver en haut à gauche, dans ce cas également, tous les éléments de l'antenne sont reliés en série comme re- présenté sur la figure 3. Dans la configuration d'antenne illustrée sur la fi- gure 4, le point de prise du signal est encore situé en 1302 1 bas vers le centre comme dans l'exemple représenté sur la figure 1, mais tous les autres éléments 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 sont situés vers la partie haute de lavitre et sont reliés en série jusqu'à l'extrémité libre 9. La Demanderesse a effectué de nombreuses expériences en montant un parebrise incorporant un circuit d'antenne avec une configuration selon l'invention, sur un véhicule FIAT 132; lors de ces expériences, le véhicule a été conduit le long d'un circuit en boucle fermée à une vi- tesse constante à une distance d'environ 20 km d'un émet- teur de la RAI Les représentations graphiques des figures 5, 6 'et 7 ont été obtenues pour des fréquences de 93,5 M Hz, 91,5 M Hz et 89,5 M Hz respectivement. Dans ces représentations graphiques, la courbe en trait plein représente la réception avec une antenne de pare-brise selon l'invention, tandis que la courbe en trait mixte représente la réception avec une antenne de pare-brise ayant une configuration classique. Ces représentations graphiques montrent clairement la puissance de réception améliorée de l'antenne selon l'invention, la réception étant environ de 40 à 60 % plus forte. En outre, ces représentations graphiques montrent la nette diminution en amplitude de l'étendue angulaire pour laquelle la réception est diminuée de manière appréciable en raison de la directivité. En fait, si l'on trace une ligne à d B constant, cor- respondant à une valeur prédéterminée A, on trouve que la longueur des segments B-B' est toujours plus petite que la longueur des segments C-C'. La représentation graphique de lafigure 5 montre que cette longueur est réduite d'environ 40 %; sur la figure 6, cette réduction est plus forte et est de l'ordre de 80 X; sur la figure 7, la réduction est de l'ordre de S. Ainsi, il s'est avéré que l'antenne conforme à l'in- vention représente, comme déjà indiqué, un progrès tech- nique substantiel dans le domaine des antennes de pare- brise connues jusqu'à présent, car elle surmonte avec un succès significatif le désavantage selon lequel la récep- tion est considérablement réduite lorsque l'antenne forme des angles supérieurs à 1800 et inférieurs à 3600 avec l'émetteur. Afin de permettre une compréhension plus claire de la portée de l'invention et de la manière qui permet d'optimiser l'antenne, objet de l'invention, le véhicule automobile devrait être considéré, électromagnétiquement parlant, comme un corps métallique creux communiquant avec l'extérieur par diverses ouvertures, l'une de ces oueer- tures étant le pare-brise; en outre, les dimensions du véhicule sont très petites par rapport à l'onde incidente (ondes hectométriques) De ce fait, l'adoption d'une ligne quasi-statique de raisonnement lorsque l'on traite le problème se justifie. Le véhicule automobile peut ainsi être-représenté comme un corps métallique creux immergé dans un potentiel électrique produit par le champ extérieur. Une charge électrique est induite dans le véhicule, lequel est porté à un potentiel constant dans l'espace. Il existe, dans les ouvertures, une distribution du poten- tiel dans l'espace qui peut être calculée soit numérique- ment (méthode des moments) soit analytiquement sur des modèles simplifiés du système. Le fil 1-2-4-5-6-7 intègre cette différence de poten- tiel et l'applique à la borne d'entrée 1. Ainsi, une compréhension physique du phénomène per- met de déduire l'agencement du fil le plus approprié afin de rendre maximale la tension reçue. Cependant, pour optimiser la tension transmise au récepteur, il est également nécessaire que l'impédance de l'entrée d'antenne, qui est sensiblement la capacitance du fil 1-2-4-5-6-7, soit en relation avec la capacitance du câble reliant l'antenne au récepteur. Cette capacitance peut être modifiée en faisant va- rier la longueur du fil et la distance du fil au bord du pare-brise. De cette manière, une optimisation complète de l'an- tenne peut être obtenue. De nombreuses variantes de configuration d'antenne peuvent être aisément déduites de celles qui ont été dé- crites et qui sont illustrées sur les dessins, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Antenne multibande, notamment pour une vitre de véhicule automobile, caractérisée par le fait qu'elle se compose d'un seul fil conducteur, commençant au point ( 1) de prise du signal et se terminant à une seule extrémité libre ( 9), lequel fil conducteur comprend la section d'antenne pour la FM et la section d'antenne pour l'AM, lesdites sections étant reliées en série -et de ce fait n'exigeant pas une mise en phase et étant séparées élec- triquement par une inductance ( 2) qui fonctionne en cir- cuit ouvert pour la bande FM et en court-circuit pour la bande AM. 2 Antenne multibande selon la revendication 1, ca- ractérisée par le fait que le fil conducteur unique for- mant l'antenne comprend une série de segments verticaux et horizontaux qui sont disposés suivant une géométrie dépourvue de tout axe de symétrie. 3 Antenne multibande selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le segment vertical ( 5) pour la réception dans la bande d'ondes ultra-courtes (FM) qui commence à partir du point ( 1) de prise du signal peut être disposé aussi bien le long de la ligne centrale de la vitre qu'à des distances variables de l'un ou de l'autre bord de la vitre sur laquelle l'antenne est dis- posée. 4 Antenne multibande selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le point ( 1) de prise du signal à partir duquel commence l'unique fil conducteur formant l'antenne peut être situé soit vers le haut,soit vers le bas de la vitre comportant l'antenne, sans qu'il en résulte une altération des pro- priétés de réception. Antenne multibande selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée par le fait que les séries de segments verticaux et horizontaux de l'an- tenne pour la réception dans la bande d'ondes courtes, moyennes et longues (AM) peuvent se trouver au voisinage soit des quatre bords de la fenêtre ou seulement au voi- sinage de trois desdits bords, ou seulement au voisinage d'une partie de ceux-ci, et être situéessoit dans la par- tie haute soit dans la partie basse de la vitre, et peuvent se terminer sur le coté ou sur la ligne centrale selon les exigences, la fin de l'extrémité libre ( 9) se trouvant de préférence au voisinage de l'inductance ( 2). 6 Antenne multibande selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caract,érisée par le fait qu'une in- ductance est prévue dans le fil conducteur-pour séparer électriquement des segments du fil conducteur utilisés pour la réception dans la bande d'ondes ultra-courtes (FM) et dans la bande d'ondes courtes, moyennes et longues (AM), ladite inductance ( 2) étant du type en nervuresde boite, dont les dimensions sont calculées pour chaque cas parti- culier. 7 Antenne multibande selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 6, caractérisée par le fait que ladite antenne peut être optimisée, selon les divers cas, en mo- difiant simplement la position du point ( 1) de prise du signal le long de la vitre, ou la longueur du fil unique formant l'antenne, ou la distance de ce fil au bord de ladite vitre. 8 Vitre de véhicule automobile, notamment pare- brise, caractérisée par le fait qu'elle est équipée d'une antenne multibande selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes.