Brevet FR2587845A1 — publié le 19870327

La présente invention concerne une antenne de fenêtre pour véhicule et, plus spécialement, une antenne de fenêtre dont l'uti- lisation est particulièrement adaptée comme antenne d'émission- réception pour le poste téléphonique d'un véhicule ou pour un poste de radiocommunication personnel. Dans la technique antérieure, on utilise une antenne en forme de tige disposée sur le capot, le toit ou le coffre comme antenne d'émissionréception d'un poste téléphonique de véhicule ou d'un poste de radiocommunication personnel. Puisque la bande d'émission normalement utilisée tombe dans la gamme de 800 MHz à 900 MHz, on utilise souvent une antenne en forme de tige colinéaire non directionnelle à plusieurs tronçons (de trois à six tronçons). Une telle antenne en forme de tige s'endommage facilement ou fait souvent l'objet de vols. En particulier, puisqu'une antenne colinéaire peut difficilement recevoir une structure télescopique au contraire du cas de l'antenne en forme de tige utilisée pour la réception de programmes radiodiffusés, on ne peut la loger sous le capot ou dans le coffre lorsqu'elle n'est pas employée. Au moment du lavage d'un véhicule portant l'antenne colinéaire dans une installation de lavage automatique de voiture, il faut démonter l'antenne colinéaire. L'invention a été faite dans le but de résoudre le problème ci-dessus exposé et a pour objet de fournir une antenne d'émission-réception qui peut offrir de bonnes caractéristiques dans une bande UHF (de plusieurs centaines de Mégahertz à plusieurs milliers de Mégahertz) au moyen d'une antenne de fenêtre. Selon l'invention, est proposée une antenne de fenêtre qui est disposée sur la vitre d'un véhicule et comprend une paire d'éléments d'antenne se ramifiant depuis un point d'alimentation adjacent à une partie de conducteur de terre, par exemple un bâti de fenêtre ou un élément de carrosserie, s'étendant latéralement dans les deux sens. Chaque élément d'antenne comprend au moins un élément en demi-boucle de longueur A/2 qui présente une partie ouverte tournée vers la partie de conducteur de terre. L'élément en demi-boucle possède une forme semi-circulaire par exemple. Les bornes des éléments d'antenne sont connectées à la terre et te point d'alimentation reçoit une alimentation de déséquilibre pour l'émission ou la réception. On constitue une antenne en boucle fermée en utilisant la partie de conducteur de terre, par exemple un bâti de fenêtre. L'antenne de fenêtre selon l'invention occupe une petite surface, mais elle donne des performances élevées. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elltte s'appuie sur Les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue de face d'une antenne pour lunette arrière constituant une antenne de fenêtre pour véhicule selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 2A est un schéma simplifié montrant un agence- ment de base de configuration d'antenne; les figures 2B à 2E sont des schémas simplifiés montrant des variantes de la configuration de base de la figure 2A; la figure 3 est un graphe montrant les caractéristiques fréquence-gain d'un fil d'antenne I apparaissant sur la figure 1; la figure 4 est un graphe montrant les caractéristiques fréquence-gain d'une antenne mat arrière classique; Les figures 5A, 58 et 5C sont des graphes montrant les directivités qui correspondent aux configurations d'antenne présen- tées sur les figures 2A, 2C et 2E; les figures 6A à 6E sont des abaques de Smith correspon- dant aux figures 2A à 2E; et les figures 7 à 11 sont des schémas montrant des variantes pour les emplacements de l'antenne et les formes de l'antenne. Comme on peut le voir sur la figure 1, un fil d'antenne d'émission-réception 1 utilisé pour un poste téléphonique de véhi- cule ou un poste de radiocommunication personnel est formé sur la face interne de la vitre de lunette arrière 2 par impression et cuisson d'une pâte conductrice, ces opérations étant effectuées en même temps que pour un fil chauffant de dégivrage 3 et un fil d'antenne FM/AM 4. Le fil d'antenne 1 est accordé pour recevoir et émettre une onde verticalement polarisée appartenant à ta gamme de 800 à 900 MHz, avec des performances élevées. La figure 2A montre l'agencement de base d'une configura- tion d'antenne. Comme représenté sur La figure 2A, des éléments d'antenne en demi-boucle semi-circulaire la et lb se ramifient symétriquement depuis un point d'alimentation 6, et leurs extrémi- tés lc et ld sont connectées à la terre. Le point d'alimentation 6 est alimenté de manière déséquilibrée au moyen d'une ligne coaxiale d'alimentation 7, dont le conducteur de blindage est à la terre. Le point d'alimentation 6 et les extrémités lc et ld des éléments la et lb sont sensiblement disposés en ligne. Comme représenté sur la figure 1, le fil d'antenne entier 1 est disposé au voisinage d'un élément de châssis 5, c'est-à-dire d'une partie de conducteur connectée à la terre d'un véhicule s'étendant suivant le côté infé- rieur (bâti de fenêtre de la vitre de lunette arrière 2). Les extrémités lc et ld sont connectées au cadre adjacent par l'inter- médiaire d'un fil conducteur ou d'une lame de ressort conductrice. La longueur des éléments d'antenne semi-circulaires la et lb correspond sensiblement à A/2. En pratique, puisque l'on utilise une bande particulière pour l'émission ou la réception, A est déterminé de façon à correspondre à une fréquence particulière sensiblement au centre de la bande, compte tenue d'un certain rapport de raccourcissement. Dans le mode de réalisation de la figure 2A, la fréquence spécifique est 900 MHz, A/2 vaut 167 mm, et le rayon de l'élément semi-circulaire est 53 mm. Le courant fourni au point d'alimentation 6 passe dans le bâti 5 (conducteur à la terre) depuis les extrémités lc et ld des éléments la et lb et revient au conducteur externe de la ligne coaxiale d'alimentation 7. Ainsi, si l'on suppose qu'un courant image semi-circulaire symétrique par rapport à chacun des éléments la et lb passe dans le bâti, on peut considérer qu'il est formé une antenne à double boucle, dont chaque circonférence correspond sensiblement à une longueur d'onde. Toutefois, puisque, en pratique, on prévoit des conducteurs semi-circulaires, on peut mettre en place une antenne en boucle à performances élevées sur la vitre au prix d'une faible surface occupée. En particulier, puisque le fil chauffant 3 et le fil d'antenne FM/AM 4 sont disposés sur La vitre de lunette arrière 2, comme indiqué sur la figure 1, il est possible de monter une antenne d'émission-réception pour poste téléphonique de véhicule en utilisant de manière habile la petite aire restant sur La vitre 2. La figure 3 est un graphe du gain en réception du fil d'antenne de lunette arrière 1 représenté sur la figure 1. Comme le montre la figure 3, on peut obtenir dans la gamme de 850 à 950 MHz une caractéristique sensiblement plate. En comparaison avec le graphe de gain réception d'une antenne en forme de tige classique (antenne mât arrière, voir figure 4), la diminution du gain de l'antenne de fenêtre de ce mode de réalisation est au plus de 10 %. La figure 5A montre des graphes de directivité pour Le fil d'antenne 1 ayant la configuration de base présentée sur la figure 2A, d'un point de vue expérimental, o les rapports de gain relatifs aux fréquences 855, 900, 904, 910 et 945 MHz sont portés lorsque les gains maximaux relatifs à des angles azimutaux de 0 à 360 sont normalisés à l'unité. Comme représenté sur la figure 5A, on peut obtenir une caractéristique non directionnelle ne présentant pas de crête ou de creux extrêmes. La figure 6A est l'abaque de Smith du fil d'antenne 1 présenté sur la figure 2A. Comme le montre la figure 6A, une impé- dance très proche d'une impédance caractéristique Z0 de 50 Q (impé- dance normalisée Z/Z0 = 1,0) peut être obtenue dans la gamme de 855 à 945 MHz. Ainsi, il est atteint une bonne adaptation avec la ligne d'alimentation 7. On élimine également les variations de l'impédance avec la fréquence. Le taux d'ondes stationnaires (TOS)tombe dans l'inter- valle de 1,2 à 1,7, comme représenté dans la colonne du type A du tableau 1 ci-dessous. Comme le montre le tableau 1, on peut obtenir une bonne adaptation. Tableau 1 taux d'ondes stationnaires : Type d'antenne: TOS: : A: 1,2 à 1,7: : B: 1,9 à 2,5: : C: 1,3 à 1,8: : D: 1,6 à 3,0: : E: 1,2 à 1,7: Le type A du tableau 2 ci-dessous correspond à la caracté- ristique fréquence-gain du fil d'antenne de la configuration de base présentée sur la figure 2A, d'un point de vue expérimental. Comme on peut le voir sur le tableau 2, on peut obtenir un gain plat dans la gamme de 855 à 945 MHz, comme sur le graphe présenté sur la figure 3. A titre de comparaison, le tableau 2 montre également la caractéristique fréquence-gain d'un élément vertical de longueur h/4 formé en antenne de fenêtre recevant une alimentation déséquilibrée de manière à fonctionner virtuellement en antenne dipolaireV2. Tableau 2 Gain maximal : antenne: antenne: type A: type C: type E: :: dipolaire /2:: :: : 855 MHz: 34,6 dB: 40,0 dB: 40,5 dB: 40,5 dB: : 900 MHz: 37,8 dB: 35,2 dB: 40,0 dB: 39,7 dB: : 904 MHz: 40,0 dB: 40,1 dB: 43,8 dB: 43,4 dB: : 910 MHz: 38,8 dB: 39,8 dB: 40,0 dB: 40,5 dB: : 945 MHz: 33,3 dB: 35, 0 dB: 36,4 dB: 35,1 dB: _________________________________________________________________ Les figures 2B à 2E guration d'antenne de base A. montrent Dans une une paire d'éléments semi-circulaires 1 et droit de l'antenne de type A, et on extrémités lg et 1h. Dans une antenne terre les points intermédiaires lc et des variantes de la confi- antenne de type B, on ajoute a et If sur les côtés gauche i connecte à la terre leurs de type C, on connecte à la ld (noeuds du type B). Dans une antenne de type D, on ajoute des éléments semi-circulaires li et lj à l'antenne de type C, et on connecte à la terre leurs extré- mités 1k et 1l. Dans une antenne de type E, on connecte à la terre les points intermédiaires lc, ld, lg et 1h. Dans ces variantes, la longueur du conducteur d'antenne est un multiple pair de /2. Les figures 5B et 5C montrent les directivités des antennes du type C-et E, et les figures 6B à 6E sont les abaques de Smith des antennes des types B à E représentées sur les figures 2B à 2E. Le tableau 1 montre les taux d'ondes stationnaires des types B à E respectifs, et letableau 2 montre les caractéristiques de fréquence des antennes des types C et E. A partir de ces données, on voit que les fils d'antenne des types B à E peuvent fournir des performances élevées sensiblement identiques ou même supérieures à celles du type A. La figure 7 montre un cas dans lequel le fil d'antenne 1 de type A s'ajoute à la vitre de pare-brise 9 d'un véhicule et est disposé le long du côté supérieur du pare-brise 9 de manière à ne pas gêner le champ de vision du conducteur. La figure 8 montre un cas dans lequel le fil d'antenne 1 est placé sur la vitre de custode arrière 10. La figure 9 montre un cas dans lequel chaque demi-boucle semi-circulaire de la figure 2 est modifiée de façon à être une demi-boucle rectangulaire. Dans ce cas, il est également préférable que la longueur de conducteur des demi-boucles rectangulaires respectives soit fixée à environ \/2. La figure 10 montre un cas dans lequel un fil de terre 8 est placé le long de la partie inférieure du réseau d'éléments semi-circulaires, les extrémités étant connectées à la terre par l'intermédiaire de ce fil. Puisque la connexion à la terre des deux extrémités, ainsi que des points intermédiaires si cela est néces- saire, peut être réalisée par mise à la terre du fil 8 en un point du bâti ou sur le conducteur de blindage de la ligne coaxiale d'alimentation 7, on peut ainsi simplifier la structure de mise à la terre. La figure 11 montre une variante de la configuration de base, dans laquelle une paire d'éléments semi-circulaires la et lb sont placés à une certaine distance donnée d'écartement suivant la direction horizontale. Il est préférable que la distance entre les deux éléments, à savoir la longueur d'une partie de ligne recti- ligne ls, soit d'environ >/2. Plusieurs éléments semi-circulaires peuvent être adjoints à cette configuration modifiée, comme cela est représenté sur les figures 2B à 2E. Dans les modes de réalisation ci-dessus présentés, les deux éléments d'antenne de la paire sont symétriques entre eux, mais ils peuvent être asymétriques par l'existence d'une différence dans les longueurs des éléments respectifs, ce qui permet d'obtenir une réception et une émission à large bande. Ainsi, selon l'invention, une antenne d'émission ou de réception non directionnelle à performances élevées pour la bande UHF, qui présente une bonne adaptation à L'impédance caractéris- tique, peut être placée sur la vitre d'un véhicule en n'occupant qu'une petite surface. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des antennes dont la description vient d'être donnée à simple titre illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Antenne de fenêtre disposée sur la vitre d'une fenêtre de véhicule, caractérisée en ce qu'elle comprend: une paire d'éléments d'antenne (1) se ramifiant depuis un point d'alimentation (6) adjacent à une partie de conducteur de mise à la terre (5) s'étendant latéralement dans les deux sens, chaque élément d'antenne comprenant au moins un élément en demiboucle (la, lb) de longueur./2 présentant une ouverture tournée vers la partie du conducteur de mise à la terre, et des extrémités (lc, ld) desdits éléments d'antenne étant connectés à la terre et ledit point d'alimçntation recevant une alimentation de déséquilibre (7). 2. Antenne de fenêtre selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que ladite antenne est une antenne d'émission-réception pour un poste téléphonique de véhicule et possède une longueur de conducteur accordée sur une bande UHF. 3. Antenne de fenêtre selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que ladite antenne est disposée sur la vitre de lunette arrière (2) d'un véhicule, en même temps qu'un fil chauffant de dégivrage (3) et un fil d'antenne de réception radiophonique (4). 4. Antenne de fenêtre selon la revendication 1, caractéri- sée en ce qu'elle comprend en outre un fil coaxial d'alimentation en énergie déséquilibrée (7), dont un conducteur d'âme est connecté audit point d'alimentation (6), et dont un conducteur extérieur est connecté à la terre. 5. Antenne de fenêtre selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que ledit élément en demi-boucle (la, lb) est une moitié de boucle circulaire. 6. Antenne de fenêtre selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que la partie de conducteur de mise à la terre est la carrosserie (5) d'un véhicule. 7. Antenne de fenêtre selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que lesdits éléments d'antenne comprennent une pluralité d'éléments en demi-boucle connectés en série (1a-1h), les extrémi- tés des éléments le plus à gauche et le plus à droite étant connec- tées à la terre. 8. Antenne de fenêtre selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que lesdits éléments d'antenne comprennent une pluralité d'éléments en demi-boucle connectés en série C1a-1lh), les extré- mités des éléments respectifs étant connectées à la terre. 9. Antenne de fenêtre selon La revendication 1, caractéri- sée en ce que lesdits éléments d'antenne Cla, lb) sont disposés suivant le côté supérieur du pare-brise (9) d'un véhicule. 10. Antenne de fenêtre seLon-La revendication 1, caracté- risée en ce que lesdits éléments d'antenne sont disposés sur la vitre de custode arrière d'un véhicule. 11. Antenne de fenêtre selon la revendication 1, caracté- risée en ce que ledit élément en demi-boucle (1) est la moitié d'une boucle rectangulaire. 12. Antenne de fenêtre selon la revendication 1, caracté- risée en ce que ladite partie de conducteur de mise à la terre est un fil conducteur (8) connecté à la terre qui est placé sur la vitre d'une fenêtre le long desdits éléments d'antenne (1). 13. Antenne de fenêtre selon la revendication 1, caracté- risée en ce qu'elle comprend en outre un fil conducteur rectiligne (ls) d'une longueur d'environ \/2 servant à connecter Les éléments d'antenne (la, lb) de ladite paire par leurs extrémités, ledit point d'alimentation (6) étant placé en un point intermédiaire dudit fil conducteur rectiligne.