Brevet FR2659173A1 — publié le 19910906

- La présente invention concerne une antenne à polarisation circulaire. Au préalable, il y a lieu d'indiquer que, bien que l'on envisagera ici principalement une antenne destinée à l'émission d'ondes radiofréquences, une telle antenne peut aussi bien être utilisée en réception du fait du principe de réciprocité, et une telle application entre donc également dans le cadre de la présente invention. L'antenne de la présente invention est en particulier destinée aux ensembles de télécommande interactive intégrée pour l'automobile. Dans ces ensembles, qui doivent permettre la reconnaissance du conducteur, un module de bord intégré à l'automobile envoie un signal d'interrogation à une "étiquette électronique", généralement réalisée sous forme d'un badge ou d'une carte plate portée par le conducteur sur lui ou dans l'une de ses poches Si certaines conditions sont remplies, la carte, à réception du signal d'interrogation, répond à celui-ci en émettant en retour, en direction du module de bord, un signal d'identification codé propre à la carte, et donc à son détenteur Si celui- ci est reconnu par le module de bord du véhicule, ce dernier effectue alors un certain nombre d'actions, par exemple en déverrouillant les portières, en ajustant automatiquement la position des rétroviseurs, du volant, etc. On voit donc qu'il y a lieu de transmettre un signal radio entre une antenne, incorporée au véhicule et reliée au module de bord, et la carte portée par le conducteur Comme l'identification se fait "à la volée", c'est-à-dire sans que le conducteur ait à sortir la carte de sa poche et à l'introduire dans un lecteur ou dispositif analogue, il n'est pas possible de connaître a priori l'orientation de la carte au moment de l'interrogation Or, cette carte étant plate, il peut se trouver certaines positions dans lesquelles le champ 2 - électromagnétique reçu par le bobinage intégré à la carte est faible ou nul, par exemple lorsque le plan de la carte se trouve perpendiculaire au plan de la bobine émettrice du véhicule. Une solution connue à cette difficulté consiste à émettre non plus une onde à polarisation rectiligne simple (cas de l'onde émise par un bobinage isolé), mais une onde polarisée circulairement, de manière à créer un champ tournant tel que, quelle que soit l'orientation du bobinage plat de la carte, on trouve toujours une composante de champ magnétique susceptible d'y produire une f é m non nulle. Pour réaliser un tel champ tournant, on utilise généralement deux bobinages d'axes respectifs perpendiculaires, alimentés séparément par des signaux de même fréquence et de même amplitude mais déphasés entre eux de 90 . Une telle antenne produit un champ tournant présentant une très bonne circularité de polarisation, ce qui permet, du point de vue radioélectrique, de résoudre de façon tout à fait satisfaisante le problème de l'interrogation à la volée de la carte d'identification du conducteur. Mais, du point de vue mécanique, cette solution implique un système d'antenne (les deux bobinages identiques croisés) relativement encombrant, ce qui le rend très malcommode à installer sur une automobile ou à loger dans l'habitacle de celle-ci; cette difficulté d'installation est renforcée par le fait que, pour ne pas perturber la transmission électromagnétique, il faut éviter que des pièces ou parois métalliques soient situées à proximité de l'antenne. L'un des buts de la présente invention est de pallier cet inconvénient, en proposant une antenne à polarisation circulaire pour ensemble de télécommande intégré d'automobile qui, tout en assurant (le façon -3satisfaisante les fonctions radioélectriques indiquées plus haut, présente, mécaniquement, un faible encombrement permettant de la loger aisément dans l'habitacle du véhicule ou dans un élément de superstructure de celui-ci. En particulier, on verra que l'on peut réaliser ainsi une antenne extra-plate qui pourra être aisément intégrée par exemple dans un rétroviseur de l'automobile. Cette dernière possibilité présente de nombreux avantages: l'antenne n'est pas apparente, elle est située à l'extérieur de l'habitacle donc n'est pas influencée par les éléments métalliques de carrosserie, et enfin elle est montée dans un élément ne comportant pas ou peu de pièces métalliques susceptibles d'en altérer le rayonnement (les rétroviseurs étant réalisés essentiellement en matière plastique et en verre, qui sont des matériaux radioélectriquement transparents). A cet effet, l'invention concerne une antenne à polarisation circulaire pour un ensemble de télécommande intégrée d'automobile, du type comprenant un premier bobinage, un second bobinage monté à l'intérieur du premier bobinage et dont l'axe est orienté sensiblement mais non exactement perpendiculairement à l'axe du premier bobinage, ainsi qu'un troisième bobinage formant bobinage d'excitation relié à une source de signal à rayonner et monté coaxialement avec le second bobinage, les premier et second bobinages étant par ailleurs fermés sur des condensateurs d'accord respectifs, de manière à rayonner en quadrature de phase, caractérisée en ce que: le premier bobinage est formé sur un mandrin creux dont la dimension longitudinale est sensiblement inférieure aux dimensions transversales, le second bobinage est formé sur un barreau dont la dimension longitudinale est sensiblement supérieure aux dimensions transversales et dont la section présente 4 - une forme allongée dont la dimension la plus petite est égale ou inférieure à la dimension longitudinale du mandrin, ledit barreau étant supporté au niveau de ses deux extrémités longitudinales par le mandrin. Des aspects préférés, mais non limitatifs, de l'antenne de la présente invention sont exposés ci- dessous: le mandrin est de forme annulaire et le barreau s'étend sur toute la longueur du diamètre intérieur de ce mandrin annulaire. le barreau consiste en un noyau magnétique. la section du noyau magnétique est sensiblement rectangulaire, avec le grand côté disposé sensiblement parallèlement au plan du premier bobinage. l'axe des second et troisième bobinages fait avec le plan du premier bobinage un angle d'au moins 0,50. l'axe des second et troisième bobinages fait avec le plan du premier bobinage un angle d'au plus 50. le mandrin définit deux faces d'extrémité parallèles entre lesquelles sont disposées les spires du premier bobinage, et le second bobinage est disposé à l'intérieur de ce mandrin entièrement dans l'espace défini entre lesdites faces d'extrémité. le barreau est engagé à force dans l'ouverture intérieure du mandrin annulaire. il est prévu à la surface intérieure du mandrin des moyens de retenue des deux extrémités du barreau. On va maintenant donner un exemple de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue de face de l'antenne de l'invention. La figure 2 est une vue de dessus, en coupe selon II-II de la figure 1, de cette même antenne. Sur les figures, l'antenne de l'invention a été représentée sous forme d'une antenne plate circulaire, - mais cette forme n'est pas limitative, et l'on pourrait aussi bien lui donner une forme rectangulaire, carrée, polygonale, etc en gardant la même structure de base. Cette antenne comporte essentiellement un noyau 1 de matériau ferromagnétique (ferrite) en forme de barreau plat disposé suivant le diamètre d'un anneau circulaire 2 formant mandrin, l'axe longitudinal du barreau et celui du mandrin étant sensiblement perpendiculaire. Sur l'anneau 2 est enroulé un premier bobinage Ll dont les deux bornes sont fermées par un condensateur Cl, de manière à former un premier circuit résonnant Ll Cl. Sur le noyau de ferrite 1 est enroulé un second bobinage L 2, dont les deux bornes sont fermées par un condensateur C 2, de manière à former un second circuit résonnant L 2 C 2, accordé sur la même fréquence que le premier circuit résonnant Ll Cl. Enfin, on enroule également sur le noyau 1 un troisième bobinage L 3 formant bobinage d'excitation, dont les bornes seront reliées à une source radiofréquence S zo produisant le signal à rayonner par l'antenne. Les bobinages L 2 et L 3, enroulés sur le même noyau de ferrite 1, seront bien évidemment couplés, permettant ainsi l'émission d'une onde radiofréquence par le bobinage L 2 selon une première direction de polarisation. En revanche, en ce qui concerne les bobinages Li et L 3, il est nécessaire que leurs axes respectifs ne soient pas exactement perpendiculaires, auquel cas leur couplage mutuel serait nul C'est pourquoi, afin de permettre un couplage entre ces bobinages et donc l'émission d'une onde radiofréquence par le bobinage Ll selon une seconde direction de polarisation, on désaxe très légèrement le noyau de ferrite 1 par rapport au plan de l'anneau 2 (et donc du bobinage Ll), comme on peut le voir sur la figure 2 Cet angle e, que l'on appellera "angle de couplage", sera ajusté de manière à obtenir l'indice de couplage voulu entre Ll et L 3. 6 - En pratique, on constate que l'on peut obtenir des résultats tout à fait satisfaisants avec un angle de couplage de quelques degrés (typiquement de 1 à 20), ce qui présente un double avantage: tout d'abord, cet angle étant faible, la circularité de la polarisation reste très bonne du fait que Ll et L 2 ont des axes qui restent, à très peu de chose près, perpendiculaires, et d'autre part, on conserve à l'antenne sa forme 1 U extra-plate, le noyau 1 étant de préférence entièrement contenu à l'intérieur des faces d'extrémité 3, 3 ' définies par l'anneau 2, qui ne présentera alors aucune partie saillante. De préférence, et également pour conserver cette forme extra-plate, on choisit pour le noyau 1 non pas un barreau circulaire ou carré, mais un barreau de section rectangulaire très aplatie, comme on peut le voir en comparant les figures 1 et 2, ou d'une forme comparable, par exemple une forme circulaire tronquée par deux plans parallèles équidistants de l'axe central. Le calcul des inductances des bobinages Ll et L 2 sera effectué soigneusement afin que les deux bobinages produisent des champs sensiblement de même amplitude (à ou 20 % près) et qui soient le plus précisément possible en quadrature. L'inductance du bobinage L 3 sera principalement déterminée de manière à optimiser l'adaptation d'impédance entre le générateur S et l'antenne (typiquement, sur une valeur de 50 D). Ainsi, dans un exemple de réalisation, on a utilisé un noyau de ferrite de section 5 x 14 mm et de longueur 66 mm, placé dans un anneau d'épaisseur 8 mm, de diamètre extérieur 80 mm, de diamètre intérieur 70 mm et de diamètre de bobinage 72 mm. Pour Li, on a bobiné 40 spires, donnant une inductance de 25 pi H Pour L 2, on a bobiné 100 spires, 7 - donnant une inductance de 520 p H Enfin, pour L 3, on a bobiné 5 spires 1/2, donnant une inductance de 2 p H. Les circuits résonnants Ll Cl et L 2 C 2 ont été accordés à 120 k Hz au moyen de condensateurs de valeurs Cl = 6,8 n F et C 2 = 3,3 n F. On a pu ainsi réaliser une antenne à polarisation circulaire d'épaisseur 8 mm seulement, pour un diamètre hors-tout de 80 mm Ces dimensions s'avèrent parfaitement compatibles avec celles des rétroviseurs classiques actuels, dans lesquels il pourra être aisément possible de loger une telle antenne, un tel emplacement n'étant toutefois pas limitatif. Pour ce qui concerne l'assemblage des pièces de l'antenne, plusieurs solutions peuvent être adoptées. Tout d'abord, le barreau 1 peut être positionné à force à l'intérieur de l'anneau 2, ceci s'accompagnant d'une légère déformation élastique de ce dernier (réalisé par exemple en une matière plastique appropriée. En variante, on peut prévoir sur la surface intérieure de l'anneau 2 des moyens de retenue tels que des renfoncements adaptés à la forme du barreau et diamétralement opposés, ou encore des nervures parallèles entre lesquelles les extrémités respectives du barreau peuvent venir prendre place. Par ailleurs, pour faciliter le positionnement du barreau selon l'angle O précité, ledit barreau et l'anneau peuvent être avantageusement dimensionnés de telle sorte que, lorsque le barreau occupe la position angulaire correcte, ses faces latérales décalées vers l'extérieur viennent en affleurement avec les faces latérales respectives de l'anneau. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci- dessus et représentée sur les dessins, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit. En particulier, bien que l'on ait indiqué qu'une antenne de l'invention peut être logée dans un rétroviseur, tout autre emplacement (appuie-tête, montants de portières, pare-chocs arrière, coffre, > est bien entendu possible. 9 - REVENDICATIONS 1 Une antenne à polarisation circulaire, notamment pour un ensemble de télécommande intégrée d'automobile, du type comprenant un premier bobinage (Ll), un second bobinage (L 2) monté à l'intérieur du premier bobinage et dont l'axe est orienté sensiblement mais non exactement perpendiculairement à l'axe du premier bobinage, ainsi qu'un troisième bobinage (L 3) formant bobinage d'excitation relié à une source (S) de signal à rayonner et monté coaxialement avec le second bobinage, les premier et second bobinages étant par ailleurs fermés sur des condensateurs d'accord respectifs (Cl, C 2), de manière à rayonner en quadrature de phase, caractérisée en ce que: le premier bobinage (Li) est formé sur un mandrin creux dont la dimension longitudinale est sensiblement inférieure aux dimensions transversales, le second bobinage (L 2) est formé sur un barreau dont la dimension longitudinale est sensiblement supérieure aux dimensions transversales et dont la section présente une forme allongée dont la dimension la plus petite est égale ou inférieure à la dimension longitudinale du mandrin, ledit barreau étant supporté au niveau de ses deux extrémités longitudinales par le mandrin. 2 L'antenne de la revendication 1, caractérisée en ce que le mandrin ( 2) est de forme annulaire et le barreau ( 1) s'étend sur toute la longueur du diamètre intérieur de ce mandrin annulaire. 3 L'antenne de la revendication i ou 2, caractérisée en ce que le barreau consiste en un noyau magnétique ( 1). 4 L'antenne de la revendication 3, caractérisée en ce que la section du noyau magnétique ( 1) est sensiblement rectangulaire, avec le grand côté disposé - sensiblement parallèlement au plan du premier bobinage (Li). L'antenne de l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'axe des second et troisième bobinages (L 2, L 3) fait avec le plan du premier bobinage (LI) un angle (e) d'au moins 0,50. 6 L'antenne de l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'axe des second et troisième bobinages (L 2, L 3) fait avec le plan du premier bobinage (Li) un angle (O) d'au plus 5 . 7 L'antenne de l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le mandrin ( 2) définit deux faces d'extrémité parallèles ( 3, 3 ') entre lesquelles sont disposées les spires du premier bobinage, et le second bobinage est disposé à l'intérieur de ce mandrin entièrement dans l'espace défini entre lesdites faces d'extrémité. 8 L'antenne de l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le barreau ( 1) est engagé à force dans l'ouverture intérieure du mandrin annulaire ( 2). 9 L'antenne de l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'il est prévu à la surface intérieure du mandrin ( 2) des moyens de retenue des deux extrémités du barreau ( 1).