Brevet FR2707124A1 — publié le 19950106

l 2707124 ANTENNE FERRITE POUR RECEPTEUR PORTABLE La présente invention a pour objet une antenne ferrite pour récepteur portable comportant un barreau de ferrite autour duquel est replié au moins un feuillard métallique pour former au moins une spire non fermée présentant une première et une deuxième bornes entre lesquelles sont connectés des éléments d'accord. Une telle antenne est connue de l'article de R.D.C. Thoday publié en 1990 sous la référence BBC RD 199011 sous le titre "Antennas for portable VHF- FM receivers", ainsi que dans la demande de brevet français FR-2 679 084 déposée le 12.07.91 par la Demanderesse. De telles antennes sont, en particulier, utilisées dans des récepteurs de petites dimensions, par exemple des récepteurs pour la réception de données numériques sur une porteuse d'un signal de radiodiffusion en modulation de fréquence. Les données diffusées sont à la norme RDS (Radio Data System). Elles peuvent être de différentes natures et être en particulier des messages à destination de détenteurs de récepteurs de radiomessagerie. Chaque récepteur de radiomessagerie est doté d'une antenne de réception présentant un noyau magnétique et opérant dans la bande de fréquence FM 87.5-108 NMHz. Les récepteurs de radiomessagerie (ou "pagers") sont en général des récepteurs miniatures dont la taille doit être la plus réduite possible. En pratique, cette taille est fixée par la dimension de l'antenne ferrite dont la longueur occupe la totalité de la plus grande dimension du récepteur. Les règles de conception actuelles de telles antennes ne permettent pas de réduire leurs dimensions, et par conséquence, de concevoir des récepteurs de radiomessagerie de taille plus réduite. En effet, les réalisations industrielles connues à ce jour mettent en évidence la difficulté à laquelle sont confrontés les concepteurs pour garantir les performances radioélectriques de sensibilité du récepteur RDS. Les performances de ces récepteurs se réfèrent à l'heure actuelle aux recommandations de l'organisme suédois TEVERKET RADIO, le critère à respecter étant une sensibilité de 35 dB. microvolt/n. 2 2707124 Le problème posé dans la présente invention est la conception d'une antenne de très petite taille permettant une plus grande miniaturisation des récepteurs de radiomessagerie, tout en satisfaisant une bonne sensibilité radioélectrique et à une bande passante très étroite, permettant d'assurer un bon rapport signal/bruit, et donc le meilleur fonctionnement possible. L'idée de base de l'invention est qu'en assurant un recouvrement du barreau de ferrite par le feuillard métallique qui soit beaucoup plus faible que dans l'art antérieur, la sensibilité est notablement augmentée. De la sorte, pour obtenir une sensibilité donnée, on peut diminuer notablement la taille du barreau de ferrite, ceci n'introduisant pas, de manière surprenante, d'inconvénient en ce qui concerne la résistance équivalente de l'antenne qui est un paramètre important pour son couplage au récepteur. L'invention concerne ainsi une antenne ferrite du type précité caractérisée en ce que le feuillard est centré longitudinalement par rapport au barreau de ferrite et en ce que le taux de recouvrement T du barreau de ferrite par le feuillard est compris entre 40 et 70% et en ce que le barreau de ferrite ne comporte pas de bobine de couplage. Le rapport entre la longueur et la section du barreau de ferrite est avantageusement choisi de manière telle que la résistance équivalente R soit comprise entre 3 et 4 k ohms. Les éléments d'accord peuvent être, de manière connue en soi, des diodes à capacité variable. Ces diodes peuvent avantageusement être disposées suivant des couples ayant chacun une première et une deuxième diodes disposées tête-bêche, une électrode d'un premier type des première et deuxième diodes étant connectée respectivement à la première et à la deuxième bornes, les première et deuxième diodes ayant leurs électrodes d'un deuxième type interconnectées entre elles sur une troisième borne. Selon un mode de réalisation préféré, la troisième borne constitue une borne de sortie de l'antenne. Le taux de recouvrement T peut être de manière préférée, compris entre et 60%, et peut, par exemple être égal à 50%. 3 2707124 L'invention concerne également un récepteur portable de radiomessagerie caractérisé en ce qu'il comporte une antenne ferrite telle que définie ci-dessus. Selon un mode de réalisation préféré, une entrée d'antenne du récepteur est couplée à la troisième borne sur laquelle les diodes à capacité variable ont leurs électrodes d'un deuxième type interconnectées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins qui représentent: - la figure 1, une antenne ferrite de l'art antérieur telle que décrite dans l'article de R.D.C. Thoday précité (BBC), - les figures 2a et 2b, respectivement, une vue en perspective d'une antenne ferrite selon l'invention, et l'illustration de l'action d'un noyau ferrite sur un champ magnétique, - la figure 3, un schéma équivalent d'une antenne ferrite selon l'invention, connectée à un récepteur de radiocommunication, - la figure 4, une vue en coupe d'un mode de réalisation préféré d'une antenne ferrite selon l'invention, - la figure 5, une courbe montrant la variation et la densité du champ magnétique confinées dans le noyau ferrite d'une antenne en fonction de la position du centre de la bobine par rapport au centre du noyau, - la figure 6, une famille de courbes montrant la valeur de la force électromotrice relevée aux bornes de l'antenne en fonction, d'une part, du rapport m entre la longueur et le diamètre du barreau de ferrite, et d'autre part, du taux de recouvrement T du barreau de ferrite dans le feuillard formant bobine, - la figure 7, une famille de courbes indiquant les variations du niveau relevé aux bornes de l'antenne en fonction du taux de recouvrement T et du volume v du noyau magnétique, exprimé en cm3. - les figures 8 à 10, les variations, respectivemenet de la résistance R, de la self L et de la capacité d'accord C, du circuit d'antenne en fonction du taux de recouvrement T et du volume v du noyau magnétique. Selon la figure 1, l'antenne ferrite décrite dans l'article de R.D.C. Thoday (BBC) comporte un barreau de ferrite I de section rectangulaire autour duquel est enroulé en film de cuivre 2 formant une seule spire non fermée et dont les bords sont interconnectés par une pluralité de diodes à capacité variable 3 réparties sur au moins une partie de la longueur du film 2. Une bobine de couplage 6, disposée à une extrémité du barreau est couplée à un câble de liaison 7 en liaison électrique avec une entrée d'antenne d'un récepteur. Cette antenne présente une sélectivité assez bonne (3,2 MHz de largeur de bande à -3 dB). Selon la figure 2a, le barreau de ferrite 10 est ici de forme semi- cylindrique de révolution. Un feuillard 20 est centré le long du barreau de ferrite et dont les bords sont couplés par des diodes à capacité variable 30 et 40 montées tête- bêche et qui présentent une cathode commune formant une borne de sortie 50. Le noyau magnétique 10 a pour fonction principale de canaliser les lignes de force du champ magnétique (voir figure 2b) et ensuite de les transformer en un signal de force électromotrice. Le schéma équivalent de l'antenne de la figure 2a est représenté à la figure 3. Il comporte trois composants en parallèles, une self L, une résistance R, une capacité variable CO en parallèle ainsi que, avec la capacité variable CO, deux capacités fixes Cl et C2 d'égale valeur, montées en série, et dont le point milieu 50 constitue la borne de sortie S à connecter à l'entrée d'antenne du récepteur REC. Ce point milieu 50 constitue en outre une entrée de polarisation en continu des diodes et 40 pour faire varier la valeur de leur capacité en fonction de l'accord souhaité de l'antenne. La figure 4 représente une antenne ferrite selon l'invention qui comporte un barreau de ferrite 10 de diamètre D, de longueur L autour de laquelle est enroulé un feuillard 20 de longueur 1, dégageant de part et d'autre des longueurs 11 et 12 de barreau non recouvertes. La figure 5 représente, en dBm la tension recueillie aux bornes de l'antenne en fonction du décentrement E du feuillard 20 avec: E =1 Il 121 /(11+12) -5 2707124 Cette courbe montre que, pour des valeurs de E dépassant environ 20%, une perte de sensibilité notable est détectée et une perte importante (- 3dB) est obtenue pour E atteignant 40%. La courbe de la figure 6 montre, pour divers rapports de la valeur m = L/D, que la valeur de la tension recueillie présente des valeurs maximales situées dans une plage comprise entre 40 et 70%, et que, lorsque le taux de recouvrement T = I/L devient supérieur à 75%, la courbe est très nettement décroissante au fur et à mesure que la valeur de T augmente. Cette tendance est particulièrement marquée lorsque la valeur de m est élevée, ce qui est favorable car les performances de l'antenne tendent à être meilleures lorsque le rapport m est plus élevé. La figure 7 représente des courbes de la valeur de la tension recueillie au bord de l'antenne (exprimée en dBm) en fonction du taux de recouvrement T pour différentes valeurs du volume de l'antenne. Ces courbes montrent qu'une augmentation du volume de l'antenne conduisent à une augmentation de la tension recueillie à ses bornes. Comme pour la figure 6, ces courbes présentent un maximum situé dans la plage des valeurs de T comprises entre 40 et 70% environ. Les courbes des figures 8 et 9 représentent la résistance équivalente R exprimée en K ohms en fonction du taux de recouvrement T pour différents volumes v du barreau de ferrite. Ces courbes montrent que les valeurs de la résistance R et de la self L augmentent lorsque la valeur de v aumente et lorsque la valeur de T diminue. Les courbes de la figure 10 montrent que la valeur de la capacité C augmente avec la valeur de v et avec la valeur de T. Les antennes de l'art antérieur prennent en compte comme critère premier, la valeur de R qui est un paramètre critique du couplage. Cette règle de conception conduit à choisir un taux de recouvrement T qui est le plus élevé possible. Les antennes actuellement commercialisées présentent un taux de recouvrement T qui est nettement supérieur à 70% et qui est situé en général entre et 90%. La courbe 7 montre que, pour obtenir une sensibilité désirée, cette règle de conception selon l'art antérieur conduit à augmenter le volume v de l'antenne et à réaliser un compromis entre la résistance R et la sensibilité de l'antenne. La raison pour laquelle les antennes ferrites pour récepteur miniiatures (pagers) sont réputées comme étant difficiles de conception, et que ce compromis est relativement critique 6 2707124 et est également obéré par les problèmes de dimensions du récepteur puisqu'une telle antenne ferrite occupe, généralement, toute la longueur du récepteur dont il définit les dimensions. L'antenne ferrite selon la présente invention se démarque de ces règles de conception classiques en donnant la priorité à la valeur de la sensibilité (tension liée aux bornes de l'antenne exprimée en dBm). L'idée de base de l'invention est que, si on choisit le taux de recouvrement T dans la plage dans lesquelles la sensibilité est maximale (voir fig. 6 et 7), le volume de l'antenne peut être notablement diminué à sensibilité égale par rapport aux antennes de l'art antérieur. La longueur de la bobine 20 détermine la valeur de T et fixe Ia valeur moyenne de la densité de flux concentré dans le noyau magnétique 10 (fig. 2b), et par conséquent, la force électromotrice relevée aux bornes du circuit de l'antenne. Quelle que soit la valeur du rapport m, la densité du champ magnétique dans le noyau n'est pas uniforme. Elle présente un maximum au centre et un minimum aux extrémités. Pour des valeurs de T inférieures à 40%, la résistance équivalente R devient trop élevée (voir fig. 8) alors que le gain tend également à chuter. Si on se reporte à la courbe de la figure 8, on voit que, de la diminution de volume, résulte une réduction de la valeur de la résistance R équivalente de l'antenne. Le compromis entre la sensibilité et la valeur de R est en outre plus facile à obtenir qu'avec les règles de conception de l'art antérieur. Il en résulte d'une part que l'antenne peut être de dimensions notablement réduites, par rapport aux antennes de l'art antérieur (à performances égales), et à volume égal, une antenne ferrite de performances nettement améliorée peut être réalisée. Enfin, une telle antenne présente également une bonne sélectivité (la sélectivité est définie comme étant la largeur de bande à 3dB). Un autre facteur favorable résulte du mode de connexion préféré représenté à la figure 3, dans lequel la sortie S s'elffectue au point milieu commun aux cathodes des diodes 30 et 40. En effet, ce mode de couplage à l'entrée d'antenne du récepteur REC a pour effet de diviser par deux la résistance équivalente R vue par cette entrée. De la sorte, une antenne de dimensions encore plus réduites peut être réalisée, ce qui correspond en pratique à une antenne dont le volume est, à performances égales, de 40% plus faible que dans l'art antérieur. 7 2707124 En pratique, on choisira un matériau ferrite de perméabilité relative p. compris entre 10 et 50. Exemple 1 Une antenne ferrite de l'art antérieur présente un barreau de ferrite de longueur 78 mm et de section carrée (I4 mm x 15 mm) (soit m = 4,77 et v = 16,5 cm3). Son taux de recouvrement T est de 79%, sa résistance équivalente R est égale à 4 k2, la f.e.m. induite est égale à 16,4 mV et sa sélectivité est égale à 1,05 MIHz. Exemple 2 Une antenne ferrite selon l'invention présente un barreau de ferrite de perméabilité relative p- = 14, de longueur 45 mm et de diamètre 15 mm, soit m = 3 et v = 7,9 cm3 Son taux de recouvrement T est égaI à 70%. Sa résistance équivalente R est égale à 4, I kQ2, la fe.m. induite est égale à 1 3,2 mV et sa sélectivité est égale à 750 kHz. Exemple 3 Une antenne ferrite selon l'invention présente un barreau de ferrite de perméabilité relative pL = 14, de longueur 69 mm, et de diamètre 15 mm (m = 4,5 et v = 12,7 cm3). Son taux de recouvrement T est de 50%, sa résistance équivalente est égale à 3,6 kQ, la f.e.m. induite est égale à 17,8 mV et sa sélectivité est égale à 750 kHz. Remarque: la valeur de la f.e.m. induite est relative à un champ donné, qui est le même dans les trois exemples. 1S 2707124 REVENDICATIONS 1. Antenne ferrite pour récepteur portable comportant un barreau de ferrite autour duquel est replié au moins un feuillard métallique pour former au moins une spire non fermée présentant une première et uhne deuxième bornes entre lesquelles sont connectés des éléments d'accord caractérisé en ce que le feuillard (20) est centré longitudinalement par rapport au barreau de ferrite (10), en ce que le taux de recouvrement (T) du barreau de ferrite par le feuillard est compris entre 40 et 70% et en ce que le barreau de ferrite ne comporte pas de bobine de couplage. 2. Antenne de ferrite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la longueur (L) et la section du barreau de ferrite est choisie de manière telle que la résistance équivalente R soit comprise entre 3 et 4 k/. 3. Antenne ferrite selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments d'accord sont des diodes à capacité variable (30, ). 4. Antenne ferrite selon la revendication 3, caractérisé en ce que les diodes à capacité variable sont disposées suivant des couples ayant chacun une première (30) et une deuxième (40) diode disposées tête-bêche; une électrode d'un premier type des première et deuxième diodes étant connectée respectivement à la première et à la deuxième bornes, les première et deuxième diodes ayant Ieurs électrodes d'un deuxième type qui sont interconnectées entre elles sur une troisième borne (50). 5. Antenne ferrite selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite troisième borne (50) constitue une borne die sortie (S) de l'antenne. 9 2707124 6. Antenne ferrite selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le taux de recouvrement (T) est compris entre 50 et 60%. 7. Antenne ferrite selon la revendication 6, caractérisé en ce que le taux de recouvrement (T) est égal à 50%. 8. Récepteur portable de radiomessagerie, caractérisé en ce qu'il comporte une antenne ferrite selon une des revendications précédentes. 9. Récepteur portable de radiomnessagerie, caractérisé en ce qu'il comporte une antenne ferrite selon la revendication 5 dont la troisième borne (50) est couplée à une entrée d'antenne (E) du récepteur.