Brevet FR2724263A1 — publié le 19960308

La présente invention a pour objet une antenne utilisée pour l'émission ou la réception d'un signal radiofréquence, un émetteur et un récepteur de télécommande, et un système de télécommande pour véhicule l'incorporant. Elle s'applique au domaine des télécommandes radiofréquences pour l'accès à un véhicule automobile. De telles télécommandes présentent de nombreux avantages en comparaison avec les télécommandes infrarouges. En effet elles ne sont pas directives c'est- à-dire qu'il n'est pas nécessaire que l'utilisateur oriente l'émetteur vers le récepteur pour actionner l'ouverture des portes du véhicule. De plus la liaison radiofréquence n'est pas forcément arrêtée par la présence d'un mur ou de tout autre obstacle entre l'émetteur et le récepteur. Par ailleurs la portée d'une télécommande radiofréquence est de l'ordre du double de la portée d'une télécommande infrarouge pour des puissances d'émission et de fonctionnement sensiblement équivalentes. Enfin du point de vue de l'installation dans le véhicule, il n'est pas nécessaire que le récepteur se trouve en position visible de l'extérieur du véhicule, ce qui peut constituer un avantage notamment vis-à-vis des problèmes liés au vol de véhicules. En utilisant une technologie dans le spectre de fréquences compris dans la bande 100MHz 1Ghz c'est-à-dire autour de 500MHz, la longueur d'onde moyenne (dans l'air) du signal émis est de 60cm. Le quart de cette longueur d'onde est donc de 15cm. La réalisation d'une antenne quart d'onde, notamment d'une telle antenne réceptrice destinée à être utilisée dans le récepteur de la télécommande nécessite donc d'obtenir pour l'antenne une grandeur caractéristique de l'ordre de 15cm. Dans l'état de la technique on utilise classiquement une antenne fouet située à l'extérieur du véhicule. Ce type d'antenne nécessite une connectique et un câblage dus à l'éloignement de l'antenne vis à vis du récepteur qui alourdissent sensiblement à la fois la complexité et le coût de l'installation réceptrice. C'est pourquoi il a été proposé des solutions dans lesquelles l'antenne est intégrée dans une vitre d'un véhicule. Ce type de réalisation est certes plus esthétique mais le problème de la connectique et de la longueur des fils de câblage qui sont nécessaires reste le même. On a aussi proposé d'utiliser un élément rapporté, parfois appelé un aérien, qui est constitué par un bobinage que l'on soude sur un circuit coplanaire tel qu'un circuit imprimé de l'émetteur (ou du récepteur) l'incorporant, et dont on utilise les meilleures performances de rayonnement. Cependant ce recours à un élément rapporté occasionne des difficultés d'implantation mécanique accrues, peu propices à la réalisation industrielle en grande série, ainsi qu'un encombrement supérieur dans le boîtier de l'émetteur (ou du récepteur) induisant notamment une épaisseur plus grande dudit boîtier. Compte tenu de la longueur caractéristique de l'antenne réceptrice, qui est comme nous l'avons vu de l'ordre de 15cm, il est apparu possible de réaliser l'antenne réceptrice en technologie microruban ou planaire dans le type d'application situé c'est-à-dire pour des fréquences de l'ordre de 500MHz. Le problème lié à la connectique et aux longueurs de câblage disparaît puisque l'antenne peut être placée avantageusement dans le boîtier même du récepteur. De plus ce type d'antennes est facilement réalisable industriellement dans la mesure o il s'agit de réaliser des pistes conductrices, par exemple en cuivre selon un procédé bien maîtrisé par l'homme du Métier. De plus le calcul des impédances est aisé et permet une adaptation efficace entre l'antenne ainsi constituée par les pistes en cuivre d'une part et l'entrée du récepteur d'autre part. Cependant de telles antennes utilisées dans la gamme de fréquences précitée présentent de faibles caractéristiques, tant en gain qu'en largeur du diagramme de rayonnement. La présente invention a pour but de résoudre les problèmes de la technique antérieure précités. En effet elle propose une antenne, telle qu'une antenne utilisée dans l'émetteur ou le récepteur d'une télécommande radiofréquence, cet émetteur, respectivement ce récepteur, étant réalisé sur un circuit imprimé placé dans un boîtier de fermeture, celui-ci étant réalisé en une matière moulable tel qu'une matière plastique. L'invention se caractérise en ce que l'antenne comprend deux parties en cascade: - une première partie, appelée primaire, constituée par au moins une piste conductrice réalisée par exemple en technologie microruban, qui est reliée physiquement à l'émetteur, respectivement au récepteur, par l'intermédiaire de deux bornes; et - une seconde partie, appelée secondaire, qui n'est pas reliée physiquement à l'émetteur, respectivement au récepteur, et qui est disposée relativement à ladite première partie de façon à réaliser une transformation d'impédance pour réaliser une adaptation entre l'émetteur et le milieu de propagation, respectivement entre le milieu de propagation et le récepteur, et/ou à produire un meilleur diagramme de rayonnement électromagnétique ainsi qu'un meilleur gain pour l'antenne. L'antenne selon l'invention présente l'avantage d'être de taille assez réduite pour être logée entièrement dans le boîtier de fermeture du récepteur, tout en présentant de bonnes performances de réception. De plus cette antenne est simple de réalisation et s'adapte bien aux contraintes de fabrication industrielle en grande série. Enfin, elle est bon marché. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, prises isolément ou en combinaison: - le primaire de l'antenne est réalisé en technologie microruban ou coplanaire sur une première face dudit circuit imprimé; - le secondaire de l'antenne est réalisé en technologie microruban ou coplanaire sur une seconde face dudit circuit imprimé de façon à être focalisé sur le primaire; - le secondaire est réalisé sous la forme d'au moins une piste conductrice gravée sur le boîtier de fermeture de façon à être focalisé sur le primaire. - le secondaire de l'antenne est réalisée sous la forme d'au moins une piste conductrice qui est noyée dans le boîtier de fermeture de façon à être focalisé sur le primaire. - le secondaire est réalisé sous le forme d'au moins une piste conductrice disposée sur une étiquette adhésive destinée à être collée sur le boîtier de fermeture de façon à être focalisé sur le primaire. - est réalisé sur un second circuit imprimé disposé à l'intérieur du boîtier de fermeture parallèlement au premier circuit imprimé sur lequel est disposé le primaire ainsi que l'électronique de l'émetteur, respectivement du récepteur, ledit second circuit imprimé étant disposé par rapport au circuit imprimé portant le primaire de façon à ce que le secondaire soit focalisé sur le primaire. On constatera que, tous les modes de réalisation possibles, la première et la seconde partie de l'antenne sont situées l'une par rapport à l'autre de façon à réaliser l'adaptation d'impédance, i.e., l'accord souhaité, d'o son nom de motif d'accord. L'invention concerne aussi un émetteur ainsi qu'un récepteur de télécommande incorporant une antenne telle que celle définie ci- dessus. Elle concerne enfin un système de télécommande incorporant un tel émetteur ou un tel récepteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés qui sont: A la figure 1: plusieurs modes de réalisation possible du primaire d'une antenne selon l'invention; A la figure 2: deux modes de réalisation possible d'une antenne selon l'invention considérés en vue schématique; A la figure 3: un mode de fixation du secondaire de l'antenne selon l'invention, par l'intermédiaire d'une étiquette adhésive collée sur un boîtier de télécommande. A la figure 4, un mode de réalisation possible du secondaire de l'antenne selon l'invention. La description qui va suivre est destinée à illustrer le principe de l'invention et ne doit en aucune façon être interprété comme en limitant la portée. En particulier, l'antenne objet de l'invention est présentée par la suite en tant qu'antenne réceptrice utilisée dans une récepteur de télécommande radiofréquence, mais, en vertu du théorème de réciprocité de la théorie des antennes, le principe de l'invention reste pleinement applicable à une antenne émettrice. Sur les quatre vues des figures l(a) à l(d), on a représenté quatre modes de réalisation possibles, en technologie microruban ou équivalent, d'une antenne classique c'est à dire ne comportant qu'une partie et non pas deux. Sur ces quatre figures la référence 10 désigne le circuit d'un récepteur de télécommande qui comporte notamment une électronique de réception et de traitement, et qui ne sera pas décrit plus en détail dans la description ci-dessous. Le circuit du récepteur comporte deux bornes 12 et 14 pour la connexion à une antenne extérieure au circuit. Le circuit du récepteur est implanté sur un substrat électronique non représenté qui porte aussi une antenne classique réalisée en technologie microruban ou équivalent. A la figure l(a) l'antenne est une antenne doublet qui comporte deux branches respectivement 11 et 13 respectivement connectées aux bornes 12 et 14 du circuit du récepteur. Ces dernières sont situées à proximité l'une de l'autre, et de part et d'autre d'un angle du circuit 10 du récepteur. Chaque branche 11 et 13 est coudée à angle droit dès sa sortie des bornes 12 et 14, chacune étant disposée suivant une direction parallèle à un côté déterminé du circuit du récepteur en longeant celui-ci. A la figure l(b), sur laquelle les mêmes éléments qu'à la figure l(a) portent les mêmes références, l'antenne est une antenne doublet dont les deux branches 11 et 13 longent un même côté du circuit de récepteur 10, mais dans des directions opposées. A la figure l(c), une antenne boucle 15 est connectée sur les deux bornes 12 et 14 du circuit 10 du récepteur. La boucle est orientée dégagée du circuit du récepteur, par opposition à l'antenne représentée à la figure l(d) sur laquelle les mêmes éléments qu'à la figure l(c) portent les mêmes références, et sur laquelle la boucle 15 se referme autour du circuit 10 du récepteur. Tous les éléments rayonnants ou antennes constituées d'une seule partie et représentées aux figures l(a) à l(d) diffèrent les unes des autres par leurs caractéristiques telles que diagramme de rayonnement et gain notamment. Cependant aucune de ces antennes, prise à elle seule, n'ayant révélé d'assez bonnes caractéristiques pour notre application, il a été imaginé d'utiliser un second élément rayonnant qui formerait le secondaire d'une antenne en deux parties dont le primaire serait constitué par un premier élément rayonnant tel que l'un de ceux représentés aux figures l(a) à l(d). Ainsi, tant le primaire que le secondaire de l'antenne en deux parties objet de l'invention peuvent être réalisés selon l'un quelconque des modes de réalisation présentés ci dessus, ou selon tout autre mode connu de l'homme du Métier. Le principe physique de l'invention est similaire au principe utilisé dans une antenne destinée aux télécommunications très longue portée, telle qu'une antenne parabolique qui est constituée d'une source primaire comme une antenne cornet, placée au foyer d'un réflecteur parabolique constituant le secondaire de l'antenne, de telle façon que le rayonnement émis par la source primaire soit transmis avec des caractéristiques définies par le secondaire, c'est à dire par le réflecteur. Ces caractéristiques sont liées au diagramme de rayonnement et au gain dudit réflecteur. La spécificité de notre application, dont le but est de réaliser une antenne pour la réception d'un signal de commande émis par un émetteur de télécommande de véhicule, qui soit entièrement intégrable dans le boîtier du récepteur, est décrite ci-dessous en regard des figures 2, 3 et 4. A la figure 2(a), on a représenté, de façon schématique par un parallélépipède rectangle, un récepteur 20 monté sur un substrat ou circuit imprimé 23, sur lequel est disposée un premier élément rayonnant du type d'une antenne fouet 21 telle que celle décrite plus en détail ci-dessus en regard de la figure l(b). La présence d'un second élément rayonnant 22 ou 24 disposé respectivement au dessus ou au dessous du circuit imprimé 23, de façon à être accordé avec ledit premier élément rayonnant 21, définit une antenne selon le principe de l'invention, c'est à dire constituée de deux parties 21,22 respectivement 21,24 accordées l'une à l'autre pour présenter, du point de vue de l'antenne unique ainsi constituée, des performances en terme de diagramme de rayonnement et de gain qui sont bien supérieures à celles que présenterait une antenne classique constituée du premier élément rayonnant 21 s'il était utilisé seul. Le premier élément rayonnant 21 est aussi appelé primaire et le second élément rayonnant 22 (respectivement 24) est aussi appelé secondaire de l'antenne en deux parties 21,22 (respectivement 21,24). A la figure 2(b), sur laquelle les mêmes éléments qu'à la figure 2(a) portent les mêmes références, le primaire est constitué par une antenne boucle, dont la structure a été décrite plus en détail en regard de la figure 1 (c), et qui connectée à deux bornes du récepteur prévues à cet effet. En fait toutes les combinaisons possibles sont envisageables pour la structure respectivement du primaire et du secondaire, le choix étant déterminé par les performances recherchées de l'antenne en deux parties que l'on souhaite réaliser, et que l'on dimensionne en fonction des caractéristiques imposées par l'application prévue. On peut envisager de réaliser le secondaire 22 sur le circuit imprimé directement, à côté du primaire 21. Si le circuit imprimé est un circuit double faces on peut aussi envisager de réaliser le secondaire 24 sur la face du circuit imprimé opposée à celle o se trouve le primaire 21. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le secondaire est réalisé sur un support différent du circuit imprimé 23 sur lequel se trouve le primaire 21. Ce support peut être constitué par un second circuit imprimé portant le secondaire 22 (respectivement 24) et qui est maintenu au dessus (respectivement au dessous) dudit circuit imprimé 23, ou premier circuit imprimé, sur lequel se trouve le primaire 21. Le second circuit imprimé peut être maintenu en position déterminée par rapport au premier circuit imprimé, et à distance déterminée de celui-ci, par exemple en les solidarisant par l'intermédiaire de colonnettes vissées, ainsi qu'il est connu de l'homme du métier. Les deux circuits imprimés peuvent aussi être ainsi maintenus l'un par rapport à l'autre en les plaçant dans des logements déterminés prévus à cet effet dans un boîtier de fermeture non représenté aux figure 2(a) et 2(b). Par ailleurs, selon un autre mode de réalisation possible de l'invention, le secondaire est réalisé directement sur le boîtier. Si le secondaire a la structure d'une boucle, cette boucle est coulée sur le fond ou sur le capot du boîtier, par exemple dans une gouttière prévue à cet effet. Selon un autre mode de réalisation possible de l'invention, le secondaire est noyé dans le corps du boîtier. En effet, celui-ci est réalisé en matière plastique qui est moulée autour d'une boucle de cuivre ou de tout autre métal conducteur constituant le secondaire de l'antenne. Il est bien évident que dans tous ces modes de réalisation possibles de l'antenne selon l'invention, ainsi que dans le mode de réalisation qui va être décrit ci-dessous en référence à la figure 3, les positions relatives du primaire et du secondaire sont déterminées par les contraintes d'accord ou d'adaptation électromagnétique, pour parvenir à un transfert d'énergie électromagnétique entre l'un et l'autre qui soit déterminé de façon à produire les caractéristiques globales recherchées de l'antenne en deux parties. Par analogie avec une antenne à réflecteur o la source primaire est disposée au foyer de secondaire constitué par le réflecteur, on dira quelquefois dans la suite que le secondaire de l'antenne en deux parties est focalisé sur le primaire ou réciproquement. Dans tous les cas, on constate que le secondaire, qui n'est pas relié physiquement au circuit du récepteur, autrement dit qui n'est pas relié au circuit du récepteur par une connexion électrique, constitue un élément de transition entre le milieu de propagation et le primaire qui est relié physiquement au circuit du récepteur, c'est à dire relié par une liaison électrique aux deux bornes du récepteur prévues à cet effet. En effet, l'énergie électromagnétique présente dans le milieu de propagation est captée, autrement dit elle est collectée, et concentrée par le secondaire, le primaire captant l'énergie électromagnétique présente dans le secondaire. Il est évident que le phénomène décrit ci-dessus est réciproque, le fonctionnement de l'antenne dans une configuration d'émission, c'est à dire dans un émetteur, étant symétrique. Autrement dit, le circuit de l'émetteur émet de l'énergie électromagnétique dans le primaire, cette énergie électromagnétique étant captée puis rayonnée par le secondaire dans le milieu de propagation. A la figure 3, on a représenté un mode de réalisation préféré de l'antenne en deux parties selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, le circuit du récepteur non représenté est disposé dans un boîtier de fermeture et d'étanchéité 30. Seul le primaire 31 de l'antenne est représenté en pointillé, en ce qu'il se trouve à l'intérieur du boîtier par exemple disposé sur le circuit imprimé 23 de la figure 2(b) qui porte aussi le circuit 20 de récepteur. Une étiquette adhésive 33, qui est collée sur la surface extérieure du boîtier 30, porte le secondaire 32 de l'antenne en deux parties 31,32. Le secondaire 32 est réalisé sous la forme d'une piste conductrice, bouclée ou non, qui est disposée, suivant tout procédé de sérigraphie connu de l'homme de l'art, sur l'étiquette adhésive 33. Ladite étiquette adhésive est ensuite collée sur le boîtier en une position déterminée par rapport à une position déterminée du primaire 31 qui se trouve à l'intérieur du boîtier. Selon un mode préféré de réalisation, l'étiquette adhésive est en fait collée sur une face intérieure du boîtier, de façon à se trouver protégée des agressions de l'environnement extérieur, qui, dans une application pour l'automobile est considéré comme particulièrement sévère. A la figure 4, on a représenté un mode de réalisation possible du secondaire 40 de l'antenne. En effet, sur les figures précédentes, celuici a été représenté comme une boucle conductrice fermée, constituant une élément rayonnant pour la transmission ou la réception d'énergie électromagnétique, reçue ou transmise au primaire de l'antenne par couplage magnétique. Un avantage certain de la structure en deux parties de l'antenne selon l'invention réside dans le fait que le secondaire contribue à réaliser l'adaptation entre le milieu de propagation, qui est ici l'air ambiant, et le circuit de récepteur. Cette adaptation induit une structure du récepteur qui nécessite un compromis avec les contraintes imposées par les performances recherchées de l'antenne, en terme de diagramme de rayonnement et de gain. Le principe d'adaptation d'impédance de l'antenne selon l'invention est inspiré du principe théorique d'adaptation utilisant deux inductances, une inductance primaire et une inductance secondaire pour réaliser l'adaptation électromagnétique et donc le maximum de transfert d'énergie. C'est pour cette raison que le secondaire est aussi appelé "motif d'accord", en ce qu'il réalise l'accord entre le milieu de propagation et le récepteur. Les calculs requis par le dimensionnement du système complet font appel à la théorie générale des lignes de transmission. En particulier, l'accord est réalisé une fréquence ou une plage de fréquence déterminée autour d'une fréquence de résonance de l'antenne en deux parties. La valeur de cette fréquence de résonance est déterminée principalement en fonction des composantes capacitives et inductives des éléments rayonnants. A la figure 4, le secondaire 40 est ainsi constitué par une boucle non fermée comportant une partie inductive 41 correspondant à la boucle en elle-même, et par une partie capacitive 42 correspondant à une zone o les deux extrémités de la boucle non fermée se prolongent parallèlement l'une à l'autre. Il est connu de l'homme du Métier de calculer, à la fréquence de travail considérée, la valeur théorique de la capacité de la boucle 40 en fonction de la longueur de la zone 42 o les deux extrémités de la boucle constituent l'équivalent de deux électrodes d'un condensateur, et en fonction de la largeur de l'espace diélectrique les séparant, ainsi que de calculer, toujours à la fréquence de travail considérée, la valeur de l'inductance équivalente de la boucle 40 en fonction de la longueur de la partie 41 de ladite boucle 40. REVENDICATIONS 1. Antenne, telle qu'une antenne utilisée dans l'émetteur ou le récepteur d'une télécommande radiofréquence, cet émetteur, respectivement ce récepteur, étant réalisé sur un circuit imprimé (23) placé dans un boîtier de fermeture (30), celui-ci étant réalisé en une matière moulable tel qu'une matière plastique, caractérisée en ce qu'elle comprend deux parties en cascade: - une première partie (21,31), appelée primaire, constituée par au moins une piste conductrice réalisée par exemple en technologie microruban, qui est reliée physiquement à l'émetteur, respectivement au récepteur (20,30), par l'intermédiaire de deux bornes (12,14); et - une seconde partie (22,32), appelée secondaire, qui n'est pas reliée physiquement à l'émetteur, respectivement au récepteur (20, 30), et qui est disposée relativement à ladite première partie (21,31) de façon à réaliser une transformation d'impédance pour réaliser une adaptation entre l'émetteur et le milieu de propagation, respectivement entre le milieu de propagation et le récepteur, et/ou à produire un meilleur diagramme de rayonnement électromagnétique ainsi qu'un meilleur gain pour l'antenne. 2. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que le primaire est réalisé en technologie microruban ou coplanaire sur une première face dudit circuit imprimé (23). 3. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que le secondaire (22) est réalisé en technologie microruban ou coplanaire sur une seconde face dudit circuit imprimé (23) de façon à être focalisé sur le primaire (21); 4. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que le secondaire (22) est réalisé sous la forme d'au moins une piste conductrice gravée sur le boîtier de fermeture de façon à être focalisé sur le primaire. 5. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que le secondaire (22) de l'antenne est réalisée sous la forme d'au moins une piste conductrice qui est noyée dans le boîtier de fermeture (30) de façon à être focalisé sur le primaire. 6. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que le secondaire (32) est réalisé sous le forme d'au moins une piste conductrice disposée sur une étiquette adhésive (33) qui est collée sur le boîtier de fermeture (30) de façon à être focalisé sur le primaire (31). 7. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que le secondaire (22) est réalisé sur un second circuit imprimé disposé à l'intérieur du boîtier de fermeture parallèlement au premier circuit imprimé (23) sur lequel est disposé le primaire (21) ainsi que l'électronique de l'émetteur, respectivement du récepteur (20), ledit second circuit imprimé étant disposé par rapport au circuit imprimé (23) portant le primaire de façon à ce que le secondaire soit focalisé sur le primaire. 8. Emetteur de télécommande, du type d'une télécommande radiofréquence utilisée pour le verrouillage et le déverrouillage des ouvrants d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte une antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Récepteur de télécommande, du type d'une télécommande radiofréquence utilisée pour le verrouillage et le déverrouillage des ouvrants d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte une antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 10. Système de télécommande, du type d'une télécommande radiofréquence utilisée pour le verrouillage et le déverrouillage des ouvrants d'un véhicule automobile, comportant un émetteur et un récepteur, caractérisé en ce que l'émetteur est un émetteur selon la revendication 8. 11. Système de télécommande, du type d'une télécommande radiofréquence utilisée pour le verrouillage et le déverrouillage des ouvrants d'un véhicule automobile, comportant un émetteur et un récepteur, caractérisé en ce que le récepteur est un récepteur selon la revendication 9.