Brevet FR2710457A1 — publié le 19950331

AGENCEMENT D'ANTENNE POUR UN DISPOSITIF DE COMMUNICATION SANS FIL La présente invention concerne, de façon globale, des agencements d'antenne et, plus particulièrement, un agencement d'antenne pour un dispositif de communication sans fil. Les dispositifs de communication sans fil sous de nombreuses formes deviennent de plus en plus populaires. Le terme "dispositif de communication sans fil" dans ce contexte englobe les téléphones cellulaires, les téléphones portatifs, les téléphones sans fil dans leurs différentes formes, les dispositifs de communication personnels et similaires. Les dispositifs de communication sans fil sont caractérisés par le fait qu'ils sont facilement transportables par l'utilisateur. De façon usuelle, les dispositifs de communication sans fil comprennent un agencement d'antenne pour assurer la communication sans fil. L'agencement d'antenne peut assurer, en coopération avec le circuit du dispositif de communication sans fil, des fonctions d'émission, de réception ou d'émission/réception pour le dispositif de communication sans fil. Les agencements d'antenne recherchés sont petits, fiables et fabricables. Comme le dispositif de communication sans fil est bien entendu transportable, les agencements d'antenne recherchés sont, de même, usuellement mobiles entre une position rentrée et une position sortie, par exemple des positions respectives rétractée et étendue. Les concepteurs d'agencements d'antenne cherchent à optimiser la taille, la fiabilité et la capacité de fabrication de l'agencement d'antenne tout en obtenant des performances recherchées pour l'agencement d'antenne. Comme la technologie entraîne une réduction de la taille des dispositifs de communication sans fil, l'agencement d'antenne pour ces modèles plus petits doit aussi être plus petit pour conserver la caractéristique de rangement de l'agencement d'antenne et les performances recherchées. Les Figures 1 à 3 illustrent des premier et second et troisième agencements d'antenne pour un dispositif de communication sans fil cherchant à optimiser, à la fois, la taille et les performances de l'agencement d'antenne selon l'art antérieur. La Figure 1 illustre le premier agencement d'antenne 102 pour un dispositif de communication sans fil 100 selon l'art antérieur. Une description détaillée de l'agencement d'antenne 102 sur la Figure 1 est donnée dans le Brevet U.S. NO 4 121 218. L'agencement d'antenne 102 de la Figure 1 comprend, de façon globale, une antenne en hélice 104 et une antenne demi-onde extensible 106. L'antenne en hélice 104 est couplée au circuit 108 du dispositif de communication sans fil 100. L'antenne demi-onde extensible 106 est prévue pour être couplée, de façon capacitive, à l'antenne en hélice 104 en position étendue et pour être pratiquement découplée en position rétractée (illustrée en lignes en pointillés). Les avantages de l'agencement d'antenne 102 comprennent un couplage sans contact entre l'antenne en hélice 104 et l'antenne demi-onde extensible 106 et les performances de l'agencement d'antenne comme indiqué par la hauteur 112 lorsque le maximum de courant de l'antenne demi-onde extensible 106 survient quand l'antenne demi-onde extensible 106 est étendue. Cependant, un inconvénient de l'agencement d'antenne 102 est que sa hauteur physique globale 110 est trop longue pour remplir les besoins actuels des dispositifs miniatures de communication sans fil. La Figure 2 illustre un second agencement d'antenne 202 pour un dispositif de communication 200 selon l'art antérieur. Une description détaillée de l'agencement d'antenne 202 sur la Figure 2 est donnée dans le Brevet U.S. NO 4 868 576. L'agencement d'antenne 102 comprend une antenne en hélice 204 couplée au circuit 208 et une antenne demi-onde extensible en hélice 206. Un avantage de l'agencement d'antenne 202 sur l'agencement d'antenne 102 de la Figure 1 est que la hauteur 210 est plus petite que la hauteur 110 de l'agencement d'antenne 102. Cependant, un inconvénient de l'agencement d'antenne 202 est que la hauteur 212 lorsque le maximum de courant de l'antenne demi-onde extensible en hélice 206 survient quand l'antenne demi-onde extensible en hélice 206 est étendue, est inférieure à la hauteur 112 lorsque le maximum de courant survient sur la Figure 1. Par conséquent, les performances de l'agencement d'antenne 202 ont été sacrifiées pour une antenne plus courte. La Figure 3 illustre le troisième agencement d'antenne 302 pour un dispositif de communication sans fil 300 selon l'art antérieur. L'agencement d'antenne 302 comprend, de façon globale, une première partie droite 304 et une seconde partie en hélice 306 qui est isolée électriquement de la première partie droite 304. La première partie droite 304 et la seconde partie en hélice 306 possèdent chacune une longueur d'onde électrique de 1/4 de la longueur d'onde. La première partie droite 304 comprend une borne 310 pour la connexion à un connecteur 312 lorsque l'agencement d'antenne est étendu. De la même façon, la seconde partie en hélice 306 comprend une borne 314 pour une connexion au connecteur 312 lorsque l'agencement d'antenne est rétracté. Le circuit 308 est couplé à l'agencement d'antenne 302 via un connecteur 312. Un avantage de l'agencement d'antenne 302 est que sa hauteur 316 est encore plus réduite que celle représentée sur les Figures 1 ou 2. Cependant, un inconvénient de l'agencement d'antenne 302 est que la hauteur lorsque le maximum de courant survient quand l'agencement d'antenne 302 est étendu, est bien plus faible (illustrée sous le logement du dispositif) que la hauteur du maximum de courant comme illustré sur les Figures 1 ou 2. Un inconvénient supplémentaire est que les contacts de métal du connecteur produisent des bruits électriques réduisant la fiabilité. Par conséquent, on recherche un agencement d'antenne pour un dispositif de communication sans fil possédant des dimensions plus réduites tout en conservant des performances recherchées et en maintenant une fiabilité et une capacité de fabrication acceptables. La Figure 1 illustre un premier agencement d'antenne pour un dispositif de communication sans fil selon l'art antérieur; la Figure 2 illustre un second agencement d'antenne pour un dispositif de communication sans fil selon l'art antérieur; la Figure 3 illustre un troisième agencement d'antenne pour un dispositif de communication sans fil selon l'art antérieur; la Figure 4 illustre un agencement d'antenne pour un dispositif de communication sans fil ou une partie de l'agencement d'antenne s'étend au-delà du dispositif de communication sans fil selon la présente invention; la Figure 5 illustre un agencement d'antenne pour un dispositif de communication sans fil ou une partie de l'agencement d'antenne est rentrée dans le dispositif de communication selon la présente invention; et la Figure 6 illustre un schéma pour l'agencement d'antenne des Figures 5 et 6 selon la présente invention. La Figure 4 illustre un agencement d'antenne 402 pour un dispositif de communication sans fil 400 où un second élément mobile 406 de l'agencement d'antenne 402 s'étend au-delà du dispositif de communication sans fil 400 selon la présente invention. Le dispositif de communication sans fil 400 comprend, de façon globale, l'agencement d'antenne 402 et un circuit 408 couplé à l'agencement d'antenne 402. L'agencement d'antenne 402 comprend, de façon globale, un premier élément 404 et un second élément mobile 406. Le premier élément 404 est couplé au circuit 408 du dispositif de communication sans fil 400. Le second élément mobile 406 est mobile entre une première position (illustrée sur la Figure 4) et une seconde position (illustrée sur la Figure 5) par rapport au premier élément 404. Les performances de l'agencement d'antenne 402 sont pratiquement moins recherchées lorsque le second élément mobile 406 est entre les première et seconde positions que celles de l'agencement d'antenne 402 lorsque le second élément mobile 406 est soit sur la première position, soit sur la seconde position. Le second élément mobile 406 est espacé de façon mécanique et pratiquement couplé, de façon électrique, au premier élément 404 dans chacune des première et seconde positions. Comme le second élément mobile 406 est espacé de façon mécanique et couplé pratiquement, de façon électrique, au premier élément 404, à la fois, dans la première et dans la seconde position, l'agencement d'antenne de la présente invention optimise, à la fois, la taille et les performances d'une façon ne pouvant être obtenue dans l'art antérieur, comme illustré sur les Figures 1 à 3. Une description détaillée d'une telle optimisation est effectuée ci-dessous. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, le second élément mobile 406 est mobile le long d'un axe longitudinal 410 du second élément mobile 406. Un déplacement axial du second élément mobile 406 est avantageux pour rentrer facilement le second élément mobile 406 dans le dispositif de communication sans fil 400. Cependant, d'autres agencements d'antenne peuvent être mis en oeuvre pour un déplacement selon d'autres axes tel qu'en rotation ou latéral tout en obtenant les mêmes avantages de la présente invention. Dans le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, le second élément mobile 406 s'étend pratiquement au-delà du dispositif de communication sans fil 400 dans la première position (voir la Figure 4) et est pratiquement rentré dans le dispositif de communication sans fil 400 dans la seconde position (voir la Figure 5). En option, le second élément mobile 406 peut être rentré en dehors du dispositif de communication sans fil 400. De plus, le second élément mobile 406 peut être lui-même un élément télescopique et rester dans le cadre de la présente invention. Dans le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, le second élément mobile 406 comprend une première partie 412 possédant une forme droite et une seconde partie 414 possédant une forme en hélice où la première partie 412 est électriquement couplée à la seconde partie 414. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, le couplage entre la première partie 412 et la seconde partie 414 est une connexion directe réalisée en formant la première partie 412 et la seconde partie 414 à partir d'une seule pièce de câble. Cependant, la première partie 412 et la seconde partie 414 peuvent être constituées, en option, de deux câbles séparés puis peuvent être raccordées électriquement et mécaniquement comme par une brasure ou un joint de soudure. L'agencement d'antenne 402 de la présente invention, tel qu'illustré sur la Figure 4, est similaire à l'agencement d'antenne 302 de l'art antérieur, tel qu'illustré sur la Figure 3, en ce que la partie mobile de l'agencement d'antenne 402 de la présente invention comprend, à la fois, une forme droite et une forme en hélice. La différence entre la présente invention et l'art antérieur est que dans la présente invention, la première partie 412 ayant une forme droite et électriquement couplée à la seconde partie 414 ayant une forme en hélice tandis que dans l'art antérieur, la première partie droite 304 possédant une forme droite est électriquement isolée de la seconde partie en hélice 306 ayant une forme en hélice. Les avantages du couplage électrique du second élément mobile 406 ayant la forme droite et de la seconde partie 414 de forme en hélice de la présente invention seront décrits de plus ci-dessous. En option, la première partie 412 de forme droite du second élément mobile 406 peut, au contraire, avoir une forme en hélice avec un diamètre d'hélice plus faible que le diamètre d'hélice de la seconde partie 414 ayant une forme en hélice. Une première partie 412 ayant une forme en hélice présente l'avantage de réduire encore plus la hauteur du second élément mobile 406. Cependant, la fiabilité mécanique du second élément mobile 406 est sacrifiée car un bobinage en hélice a moins de mémoire en déformation mécanique constante qu'une forme droite. Dans le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, la première partie 412 de forme droite est couplée au premier élément 404 lorsque le second élément mobile 406 est déplacé sur la première position (voir la Figure 4) et la seconde partie 414 de forme en hélice est couplée au premier élément 404 lorsque le second élément mobile 406 est déplacé sur la seconde position (voir la Figure 5). Dans le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, l'agencement d'antenne 402 fonctionne sur une bande de fréquences. La première partie 412 et la seconde partie 414 comprennent toutes les deux une longueur électrique effective définie par un multiple entier d'une demi-longueur d'onde sur au moins une fréquence de la bande de fréquences. Comme illustré sur la Figure 4, le second élément mobile 406 possède une longueur électrique d'une demi-longueur d'onde où la première partie 412 de forme droite possède une longueur électrique d'un quart de longueur d'onde et la longueur électrique effective de la seconde partie 414 de forme en hélice est, de même, d'un quart de la longueur d'onde. Dans le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, la hauteur 417 ou le courant maximum survient est à la jonction de la premiere partie 412 et de la seconde partie 414. En formant le second élément mobile 406 de cette façon, on obtient une hauteur réduite d'antenne 416 tout en constituant une hauteur de courant maximum 417 près du sommet du second élément mobile 406. La présente invention prévoie, de façon avantageuse, la hauteur 417 où le courant maximum survient dans la présente invention comme la même hauteur 112 illustré sur la Figure 1 de l'art antérieur tout en réduisant notablement la hauteur 416 du second élément mobile 406 dans la présente invention par rapport à la hauteur 110 de l'élément extensible 106 de l'art antérieur. En comparant la présente invention telle qu'illustrée sur la Figure 4 à l'art antérieur sur les Figures 2 et 3, la structure du second élément mobile 406 de la présente invention fournit une hauteur 416 identique ou moindre tout en obtenant une plus grande hauteur 417 au point où survient le courant maximum. Dans le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, le premier élément 404 possède un élément en hélice. Le premier élément 404 représente, de façon globale, un transformateur d'impédance pour transformer l'impédance du circuit 408 en impédance du point d'activation du second élément mobile 406 pour produire un accord d'impédance. Le premier élément 404 fournit un couplage sans connecteur similaire à celui illustré sur les Figures 1 et 2 de l'art antérieur mais différent de l'agencement de connecteur illustré sur la Figure 3. Un agencement sans contact et sans connecteur de la présente invention est une amélioration sur le système de connecteur de l'art antérieur tel qu'illustré sur la Figure 3 par le fait que les problèmes de contact souillés et usables sont éliminés. Dans le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, le premier élément 404 comprend un longueur électrique définie par un multiple entier impair d'un quart de longueur d'onde sur au moins une fréquence proche de la bande de fréquences. En particulier, la longueur électrique est d'un quart de la longueur d'onde. La Figure 5 illustre un agencement d'antenne 402 pour un dispositif de communication sans fil 400 où une partie 406 de l'agencement d'antenne 402 est rentrée dans le dispositif de communication sans fil 400 selon la présente invention. Dans le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, le premier élément 404 est enroulé dans un premier sens (indiqué par les flèches 405 sur l'hélice) par rapport à une direction de formation 501 et la forme en hélice de la seconde partie 414 du second élément mobile 406 est enroulée dans un second sens (indiqué par les flèches 415 sur l'hélice) opposé au premier sens par rapport à la direction de formation 501. Les formes en hélice sont enroulées dans des sens opposés de façon à réduire le couplage entre le premier élément 404 et la seconde partie 414 du second élément mobile 406. Un couplage réduit est nécessaire pour obtenir un accord d'impédance désiré donné par les dimensions physiques de l'agencement d'antenne 402 de la présente invention. Cependant, d'autres agencements d'antenne peuvent utiliser des formes en hélice enroulées dans le même sens, imposant d'autres conditions de dimension et entrant dans le cadre de la présente invention. L'énergie de couplage entre le premier élément 404 et la première partie 412 ou la seconde partie 414 du second élément mobile 406 est connue de cette façon comme un couplage mutuel. Le couplage mutuel capacitif est décrit, de façon détaillée, dans le Brevet U.S. NO 4 121 218 incorporé ici en référence. Le couplage mutuel comprend, à la fois, un couplage capacitif et un couplage inductif. Lorsque les formes en hélice sont enroulées dans le même sens, le couplage capacitif est ajouté au couplage inductif pour produire un couplage mutuel total supérieur soit au couplage capacitif, soit au couplage inductif. Lorsque les formes en hélice sont enroulées dans des sens opposés, le couplage inductif est soustrait du couplage capacitif pour produire le couplage mutuel total inférieur au couplage capacitif et, par conséquent, au couplage mutuel total lorsque les formes en hélice sont enroulées dans le même sens. Comme la seconde partie 414 du second élément mobile 406 est couplée, de façon pratiquement électrique, au premier élément 404 dans la seconde position, à la fois la seconde partie 414 et le premier élément 404 forment en conjonction la partie d'émission de l'agencement d'antenne 402 lorsque le second élément mobile 406 est sur la seconde position. Un avantage d'une telle structure est que la hauteur 503 du premier élément 404 est réduite par rapport à l'art antérieur illustré sur les Figures 1 et 2 sans sacrifier les performances de l'agencement d'antenne 402 lorsque le second élément mobile 406 est sur la seconde position. La hauteur réduite 503 du premier élément 404 est importante pour l'esthétique de petits dispositifs de communication sans fil. Pour obtenir des performances correctes, l'antenne présente une impédance d'entrée similaire, à la fois, dans la première et dans la seconde position. Cela est obtenu via une sélection adaptée des dimensions de la première partie 412 et de la seconde partie 414. Dans le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, la première partie 412 forme un premier composant d'une ligne de transmission 505 et la seconde partie 404 forme un élément d'émission de l'agencement d'antenne 402 lorsque le second élément est sur la seconde position. Un second composant de la ligne de transmission 505 comprend une partie conductrice 507 et une partie de diélectrique 509. La partie de diélectrique 509 est placée entre le première partie 412 de la ligne de transmission 505 et la partie conductrice 507. Dans le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, la ligne de transmission 505 est formée d'une ligne coaxiale de transmission; cependant, d'autres structures de ligne de transmission telles qu'une ligne en bande, une micro-bande et des structures équilibrées de ligne de transmission peuvent être, de même, mises en oeuvre selon la présente invention. Dans le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, la partie conductrice 507 est un tube de métal; cependant, la partie conductrice 507 peut être constituée, de même, d'une surface conductrice à l'intérieur du logement du dispositif de communication sans fil 400. La ligne de transmission 505 possède une longueur électrique liée au moins partiellement à une caractéristique électrique, par exemple la permittivité, de la partie de diélectrique 509 ainsi qu'à la longueur électrique de la partie conductrice 507. Ces caractéristiques peuvent être réglées pour obtenir un accord d'impédance désiré pour l'agencement d'antenne 402 selon les conditions de dimension. Selon le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, la ligne de transmission 505 comprend une terminaison réactive. Dans le mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, la terminaison réactive est un circuit ouvert; cependant, un court-circuit ou un élément localisé peut être mis en oeuvre, de même, selon la présente invention. L'impédance à la jonction de la première partie 412 droite et de la seconde partie 414 en hélice par rapport au second conducteur 507 est rendue faible de façon à ce qu'un maximum de courant ait lieu. De multiples configurations de terminaisons réactives et de longueurs de la première partie 412 droite et du second conducteur 507 rempliront cette condition. Les configurations finales de la première partie 412, du ligne de transmission 505 et de la partie de diélectrique 509 sont choisies à partir des paramètres autorisés, à la fois, dans la première et dans la seconde position. La Figure 6 illustre un schéma de l'agencement d'antenne 402 des Figures 5 et 6 selon la présente invention. La représentation schématique du premier élément 404 et celle du second élément mobile 406 contiennent chacune une représentation d'inductance, de capacitance et de résistance dans ces éléments bien connus du domaine de l'art. Un condensateur 601 représente le couplage capacitif contribuant au couplage mutuel total. La flèche bidirectionnelle représentée par la référence numérique 600 entre chaque élément, représente le couplage inductif contribuant au couplage mutuel total de l'agencement d'antenne. Les points 605 et 607 représentent en conjonction la phase du couplage magnétique entre le premier élément 404 et le second élément mobile 406. Un couplage capacitif survient entre les extrémités non raccordées du premier élément 404 et de la seconde partie 414 dans la première position et entre l'extrémité ouverte du premier élément 404 et l'extrémité ouverte de la première partie 412 dans la seconde position. Il est maximisé par les hautes tensions existant sur ces positions en fonctionnement. Le couplage inductif survient entre les extrémités raccordées du premier élément 404 et de la seconde partie 414 dans la seconde position. Le couplage inductif est maximisé par le fort courant existant sur ces positions en fonctionnement. La présente invention est, tout d'abord, prévue pour être utilisée dans des agencements d'antenne fonctionnant entre 150 et 900 MHz et dans le mode de mise en oeuvre préféré, à 900 MHz. La description suivante constitue une description détaillée, par exemple, de l'agencement d'antenne 402 selon la présente invention. Le mode de mise en oeuvre préféré possède une hélice 404 d'un diamètre de 7,0 mm et d'une longueur de 9,0 mm avec 4 tours. L'hélice 414 possède une longueur de 33,3 mm et un diamètre de 4,6 mm avec 10,75 tours. La partie droite possède une longueur de 64 mm. Le diélectrique dans le tube est du Téflon avec une constante de diélectrique de 2,1. REVENDICATIONS 1. Agencement d'antenne (402) prévu pour une utilisation dans un dispositif de communication sans fil (400), caractérisé par - un premier élément (404) couplé au circuit (408) du dispositif de communication sans fil (400); et - un second élément (406) mobile entre une première position et une seconde position par rapport au premier élément (404), le second élément (406) étant couplé, de façon capacitive, au premier élément (404) lorsque le second élément (406) est déplacé sur la première position et étant couplé, de façon inductive, au premier élément (404) lorsque le second élément (406) est déplacé sur la seconde position. 2. Agencement d'antenne (402) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément (409) a une forme en hélice. 3. Agencement d'antenne (402) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second élément est constitué par une première partie (412) ayant une forme droite et par une seconde partie (414) ayant une forme en hélice. 4. Agencement d'antenne (402) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie (412) est couplée, de façon électrique, à la seconde partie (414) 5. Agencement d'antenne (402) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première partie (412) possédant la forme droite est couplée, de façon capacitive, au premier élément (404) lorsque le second élément (406) est déplacé sur la première position et la seconde partie (406) ayant la forme en hélice est couplée, de façon inductive, au premier élément (404) lorsque le second élément (406) est déplacé sur la seconde position. 6. Agencement d'antenne (402) prévu pour une utilisation dans un dispositif de communication sans fil (400), caractérisé par - un élément d'antenne (406) présentant une réactance et mobile entre une première position et une seconde position; et - un accordeur de réactance variable (505) couplé, de façon fonctionnelle, à l'élément d'antenne (406) pour accorder, de façon variable, la réactance de l'élément d'antenne (406) lorsque l'élément d'antenne (406) est déplacé entre la première position et la seconde position. 7. Agencement d'antenne (402) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'accordeur de réactance variable (505) est constitué, de plus, par une structure de ligne de transmission (505). 8. Agencement d'antenne (402) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la structure de ligne de transmission (505) est constituée, de plus, par - un premier conducteur (412) formé par une partie (412) de l'élément d'antenne (406); - un second conducteur (507); et - une partie de diélectrique (509) placée entre le premier conducteur (412) et le second conducteur (507). 9. Agencement d'antenne (402) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la structure de ligne de transmission est constituée par une terminaison réactive. 10. Agencement d'antenne (402) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la terminaison réactive est un circuit ouvert.