Brevet FR2712443A1 — publié le 19950519

Système de commutation électronique d'antennes Domaine de l'invention Cette invention concerne en général les antennes radiofréquence (RF) et, plus particulièrement, un système de commutation électronique d'antennes qui commute entre deux antennes RF ou plus. Arrière-plan technoloaiaue de l'invention Dans les systèmes radio, tels que les systèmes de radiotéléphonie cellulaire, il est souvent avantageux de fournir plus de une antenne au radiotéléphone. Les radiotéléphones portables ont souvent une antenne intérieure et un connecteur d'antenne pour connecter une antenne extérieure au radiotéléphone portable. Dans ces circonstances, on suppose que l'antenne extérieure doit fournir un trajet de transmission de meilleure qualité entre le radiotéléphone portable et un transcepteur distant. Ainsi, quand une antenne extérieure est connectée au connecteur d'antenne, le radiotéléphone doit commuter le trajet RF de l'antenne intérieure à l'antenne extérieure. Dans le passé, les fabricants de radiotéléphones fournissaient l'antenne intérieure et le connecteur de antenne extérieure comme cela a été présenté précédemment. Un tel système de commutation d'antenne consistait en une antenne fouet partant du haut du radiotéléphone portable et en un connecteur d'antenne extérieure dépassant du fond du radiotéléphone portable. L'insertion de l'antenne extérieure dans le connecteur d'antenne extérieure activait un commutateur mécanique. Le commutateur mécanique découplait physiquement l'antenne fouet du trajet du signal RF et couplait l'antenne extérieure au trajet du signal RF. Afin de disposer d'un commutateur mécanique sur le fond ou près du fond du radiotéléphone portable par lequel passait le signal RF provenant de l'antenne fouet, une ligne de transmission était posée en aller et retour entre le haut et le fond du radiotéléphone portable, ce qui provoquait une perte de signal significative sur le trajet du signal RF. En plus, un commutateur mécanique activé par une antenne extérieure pose des problèmes de fiabilité dues à des utilisations répétées et à la corrosion provoquée par l'insertion d'une antenne extérieure dans un commutateur mécanique. Ainsi, il serait avantageux de disposer d'un système de commutation électronique d'antennes qui soit fiable et qui réduise la perte de signal RF dans le radiotéléphone. Brève description des dessins La figure 1 est une représentation sous forme de schéma bloc d'un système de radiotéléphone qui comprend un radiotéléphone selon la présente invention. La figure 2 est une représentation détaillée d'un système de commutation électronique d'antennes selon la présente invention. La figure 3 est une représentation détaillée d'un système alternatif de commutation électronique d'antennes selon la présente invention. La figure 4 est une représentation détaillée d'un système alternatif de commutation électronique d'antennes selon la présente invention. La figure 5 est une représentation détaillée d'un système alternatif de commutation électronique d'antennes selon la présente invention. Description d'un mode de réalisation préféré La figure 1 est une représentation sous forme de schéma bloc d'un système de radiotéléphone 100. Le système de radiotéléphone 100 comprend un transcepteur distant 101 qui émet et qui reçoit les signaux RF vers et depuis une pluralité de radiotéléphones présents dans une zone géographique fixée. Le radiotéléphone 103 comprend une première antenne 105 et une seconde antenne 107. La seconde antenne 107 est raccordée de façon déconnectable au radiotéléphone 103 par un connecteur d'antenne extérieure 109. Dans le mode de réalisation préféré, la seconde antenne 107 est raccordée au connecteur d'antenne extérieur 109 par un connecteur de cordon hélicoïdal 111. Tout autre moyen également suffisant pour connecter l'antenne 107 au radiotéléphone portable 103 peut être utilisé, tel un adaptateur de radiotéléphone à un véhicule. De plus, le radiotéléphone 103 comprend un circuit de détection d'antenne 113 et un commutateur 115. Le circuit de détection d'antenne 113 est couplé à la ligne de transmission de la seconde antenne 117. Lors de l'insertion du connecteur de cordon hélicoïdal 111 de la seconde antenne 107 dans le connecteur d'antenne extérieure 109, le circuit détecteur d'antenne 113 génère un signal de commutation 119 qui indique la présence de la seconde antenne 107 dans le radiotéléphone 103. Le commutateur 115 a deux entrées, qui sont la ligne de transmission de la première antenne 121 et la ligne de transmission de la seconde antenne 117. Quand seule la première antenne est présente dans le radiotéléphone, le commutateur 115 établit une connexion entre la ligne de transmission de la première antenne 121 et une sortie de ligne de transmission 123 du commutateur 115. Quand la seconde antenne 107 est insérée dans le radiotéléphone portable 103, le commutateur en réponse à un signal de commutation 119 couple la ligne de transmission de la seconde antenne 117 à la sortie de ligne de transmission 123. Dans le mode de réalisation préféré, le commutateur 115 est physiquement situé près du haut du radiotéléphone 103, ce qui permet d'obtenir une ligne de transmission 121 courte pour la première antenne 105. La ligne de transmission courte 121 diminue la perte potentielle de signal le long de la ligne de transmission 121. En plaçant le commutateur près du haut du radiotéléphone portable 103 on évite de poser la ligne de transmission 121 tout le long de la radio jusqu'au fond du radiotéléphone et de revenir vers le haut comme cela a été présenté dans la partie relative à l'arrière-plan technologique de l'invention. Dans le mode de réalisation préféré, la première antenne 105 et la seconde antenne 107 assurent toutes deux l'émission et la réception de signaux RF. Alternativement, l'antenne extérieure 107 pourrait être seulement utilisée pour la réception des signaux RF ou pour l'émission des signaux RF. Le duplexeur 125 permet que l'émetteur et le récepteur partagent une antenne unique. En plus, le radiotéléphone 103 comprend un récepteur 127, un émetteur 129, un processeur 131 et une interface utilisateur 133. Lors de la réception des signaux du transcepteur distant 101, le radiotéléphone 103 utilise la première antenne 105 ou la seconde antenne 107 pour coupler le signal RF et convertir le signal RF en un signal électrique RF. Le signal électrique RF est reçu par le récepteur radio 127, pour être utilisé dans le radiotéléphone 103. Le récepteur 127 génère un signal modulé destiné à être utilisé par le processeur 131. Le processeur 131 formate le signal modulé en parole ou en données pour l'interface utilisateur 133. L'interface utilisateur 133 comprend de façon typique un microphone, un haut-parleur et un clavier et un afficheur. Lors de l'émission de signaux RF depuis le radiotéléphone portable 103 vers le transcepteur distant 101, les signaux de parole et/ou de données de l'interface utilisateur 133 sont traités par le processeur 131. Les signaux traités sont entrés dans l'émetteur 129. L'émetteur 129 convertit les données en signaux électriques RF. Les signaux électriques RF sont convertis en signaux RF et sont émis par une des antennes 105, 107. Les signaux RF sont reçus par le transcepteur distant 101. La figure 2 est une représentation détaillée du système de commutation électronique d'antennes utilisé dans le radiotéléphone 103. Ici, la seconde antenne 107 est raccordée au connecteur d'antenne extérieure 109 par un coaxial 50 Ohms 201 et le connecteur de cordon hélicoïdal 111. Le coaxial 50 Ohms 201 comprend un conducteur extérieur 203, un conducteur central 205 et un diélectrique, qui n'est pas représenté entre le conducteur extérieur 203 et le conducteur central 205. Dans le connecteur de cordon hélicoïdal 111, le conducteur central est couplé par une résistance 209 à une masse électrique 211. Dans le mode de réalisation préféré, la résistance 209 est une résistance de 10 kilo-Ohms (KQ). De façon alternative, une inductance peut remplacer la résistance 209. De plus, une capacité de découplage DC 207 est couplée en série sur le conducteur central 205. Dans le mode de réalisation préféré, la capacité de découplage DC a une valeur de 33 picofarads (pF). Quand le connecteur de cordon hélicoïdal 111 de la seconde antenne 107 est inséré dans le connecteur d'antenne extérieure 109, le conducteur central 205 est couplé à la ligne de transmission 50 Ohms 117. Une capacité de découplage DC supplémentaire 213 est disposée entre le commutateur 115 et la ligne de transmission 117 pour éliminer toute énergie DC qui serait couplée dans le commutateur RF 115. Le conducteur central 205 ou le trajet DC est ensuite dirigé vers une seconde résistance de forte impédance 215 et une capacité de filtrage 217 avant d'être couplé au circuit de détection électronique d'antenne 113. Dans le mode de réalisation préféré, la résistance de forte impédance 215 a une valeur de 1OKR et la capacité de filtrage 217 a une valeur de 33 pF. Le trajet DC rend conducteur les deux transistors du circuit de détection d'antenne 113, ce qui fait varier les tensions V1 et V2 comme cela est décrit ci-dessous. Quand le connecteur de cordon hélicoïdal 111 de l'antenne extérieure 107 est connecté au connecteur d'antenne extérieure 109, la tension V1 indiquée à la figure 2 est à une valeur négative de 9 Volts et la tension V2 indiquée à la figure 2 est à 0 Volt. Ceci couple la ligne de transmission 117 à la sortie de la ligne de transmission 123 au travers du commutateur RF 115. Quand la seconde antenne 107 est enlevée du connecteur d'antenne extérieure 109, la tension V1 est à 0 Volt et la tension V2 est à -9 Volts. Cette configuration couple le trajet de transmission de la première antenne 121 au trajet de transmission 123 à la sortie du commutateur RF 115. La figure 3 est une description détaillée d'un mode de réalisation alternatif du système de commutation électronique d'antennes. Ici, le commutateur 115 et le circuit de détection d'antenne 113 de la figure 1 sont combinés dans un commutateur adroit 305 qui détecte la présence de la seconde antenne 107 et couple la ligne de transmission de la seconde antenne 117 au duplexeur quand la seconde antenne 107 est présente. Ici, le conducteur central 205 du coaxial 201 est couplé à un générateur de tension 301 via une résistance de faible impédance 303. Dans le mode de réalisation préféré, le générateur de tension 301 génère une tension de 6 Volts DC sur le conducteur central 205. En plus, la résistance de faible impédance 303 a une valeur de 300 Ohms dans le mode de réalisation préféré. Le commutateur adroit 305 comprend une ligne de transmission quart d'onde 307 et une première diode 309 et une seconde diode 311. Lors de l'insertion de l'antenne extérieure 107 dans le connecteur d'antenne extérieure 109, la tension de 6 Volts sur le conducteur central polarise la première diode 309 et la seconde diode 311, rendant les diodes 309, 311 conductrices. Les diodes 309, 311 étant conductrices, la ligne de transmission quart d'onde 307 est vue par la ligne de transmission de la seconde antenne 117 comme un circuit ouvert, ainsi la ligne de transmission de la seconde antenne 117 est effectivement couplée au duplexeur 125. La seconde antenne étant enlevée du connecteur d'antenne extérieure 109, les première et seconde diodes 309, 311 ne sont plus polarisées par la tension fournie par le conducteur central 205. Ainsi, la première antenne 105 est directement couplée au duplexeur 125 via la ligne de transmission 307. La figure 4 est une représentation détaillée d'un système alternatif de commutation électronique d'antennes. Ici, le connecteur de cordon hélicoïdal 111 comprend de façon exacte les circuits présentés à la figure 1 et utilise le commutateur adroit 305 de la figure 3. A la différence de la figure 3, le connecteur de cordon hélicoïdal 111 couple le conducteur central 205 à une masse électrique. Un circuit de polarisation 401 est couplé à la ligne de transmission de la seconde antenne 117 de façon à polariser convenablement les diodes placées à l'intérieur du commutateur adroit 305. Lors de l'insertion du connecteur de cordon hélicoïdal 111 de la seconde antenne dans le connecteur d'antenne extérieure 109, le conducteur central est couplé à la ligne de transmission 117. La ligne de transmission 117 fournit un trajet DC à la masse pour le circuit de détection d'antenne 401. En réponse, le transistor du circuit de détection d'antenne 401 génère un courant de polarisation pour les diodes se trouvant dans le commutateur adroit 305. La figure 5 est une représentation détaillée d'un système alternatif de commutation électronique d'antennes. Ici, le conducteur de cordon hélicoïdal 111 est identique à celui présenté sur la figure 1. Ici, un commutateur 501 comprend un premier FET 503 et un second FET 505 et une ligne de transmission quart d'onde 507. Lors de l'insertion de la seconde antenne 107 dans le connecteur d'antenne extérieure 109, un circuit de détection d'antenne 509 fournit un signal de commande de commutation 511 au commutateur 501. Le signal de commande de commutation 511 rend conducteur les premier et second FET 503, 505 ce qui génère un court-circuit entre la source et un drain des transistors FET 503, 505. Quand les transistors FET 503, 505 sont en court-circuit, la ligne de transmission quart d'onde 507 est vue de la ligne de transmission de la seconde antenne 117 comme un circuit ouvert ce qui établit une connexion RF directe au duplexeur 125 au travers du commutateur 501. Quand la seconde antenne 107 n'est pas présente, les premier et second transistors FET 503, 505 ne sont plus conducteurs et sont donc vus comme des circuits ouverts par la première antenne 105. Ceci établit une connexion directe entre la première antenne 105 et le duplexeur 125. Revendications 1. Système de commutation électronique d'antennes caractérisé par: une première antenne (105); une seconde antenne (107) couplée de façon à pouvoir se déconnecter au système de commutation électronique d'antennes; un circuit électronique de détection d'antenne (113) couplé à une première partie de la seconde antenne (107) pour détecter la présence de la seconde antenne et pour générer un signal de commutation en réponse à celle-ci; et un commutateur (115) disposant d'un premier, d'un second et d'un troisième trajet de transmission et d'une première entrée de commande, le premier trajet de transmission couplé à une première extrémité de la première antenne, le second trajet de transmission couplé à une première extrémité de la seconde antenne, le signal de commutation couplé à l'entrée de commande du commutateur, le commutateur commutant le couplage du premier et du second trajet de transmission au troisième trajet de transmission en réponse à l'entrée de commande. 2. Système de commutation électronique d'antennes selon la revendication 1, caractérisé en outre par: un coaxial (201) pour coupler la seconde antenne (107) au détecteur électronique d'antenne (113) et le commutateur (115), le coaxial (201) disposant d'un conducteur central (205), d'un conducteur extérieur (205) et d'un diélectrique les séparant. 3. Système de commutation électronique d'antennes selon la revendication 2, caractérisé en outre par: un générateur de tension (301) pour générer une tension prédéterminée, la tension prédéterminée étant couplée au conducteur centrai (205) du coaxial. 4. Système de commutation électronique d'antennes selon la revendication 2, caractérisé en outre par un connecteur de masse électrique (211), le connecteur de masse électrique (211) étant couplé au conducteur central du coaxial (205). 5. Système de commutation électronique d'antennes selon la revendication 2, caractérisé en outre par un bloc DC (207) couplé entre la seconde antenne et le conducteur central du coaxial. 6. Système de commutation électronique d'antennes selon la revendication 3, dans lequel une résistance de haute impédance (303) est couplée entre la tension prédéterminée (301) et le conducteur central du coaxial (205). 7. Système de commutation électronique d'antennes selon la revendication 3, dans lequel le circuit électronique de détection d'antenne (113) génère le signal de commutation en réponse à la détection de la présence de la tension prédéterminée sur le conducteur central du coaxial. 8. Système de commutation électronique d'antennes selon la revendication 4, dans lequel le circuit électronique de détection d'antenne (113) génère le signal de commutation en réponse à la détection de la masse électrique qui est couplée au conducteur central du coaxial. 9. Système de commutation électronique d'antennes caractérisé par: une première antenne (105); une seconde antenne (107) disposant d'une première extrémité couplée de façon à pouvoir se déconnecter au système de commutation électronique d'antennes; un commutateur (115) disposant d'un premier, d'un second et d'un troisième trajet de transmission, le premier trajet de transmission couplé à une première extrémité de la première antenne, le second trajet de transmission couplé à une première extrémité de la seconde antenne, le commutateur commutant le couplage du premier et du second trajet de transmission au troisième trajet de transmission en réponse au couplage de la seconde antenne au système de commutation électronique d'antennes. 10. Système de commutation électronique d'antennes selon la revendication 9 dans lequel le commutateur (115) est en outre caractérisé par: une première diode (309), une première extrémité de la première diode couplée à la première entrée de signal, une seconde extrémité de la première diode couplée à une masse électrique; une seconde diode (311), une première extrémité de la seconde diode couplée à la seconde entrée de signal; et un ligne de transmission quart d'onde (307) couplée entre une première extrémité de la seconde diode (311) et la seconde extrémité de la première diode (309).