Brevet FR2724771A1 — publié le 19960322

I ANTENNE A DIPÈLE REPLIABLE A DEUX POSITIONS La présente invention concerne les antennes pour des dispositifs de communication radio. Les dispositifs de communication radio comprennent un émetteur et/ou un récepteur couplé à une antenne qui émet et/ou détecte des signaux de fréquence radio. Le dispositif peut comprendre un microphone pour entrer des signaux audio dans un émetteur ou un haut-parleur pour la génération de signaux reçus par un récepteur. Des exemples de tels dispositifs de communication radio comprennent les équipements radio à une voie, à deux voies, les radiotélephones, les dispositifs personnels de communication et divers autres équipements. Ces dispositifs de communication ont souvent une configuration d'attente dans laquelle le dispositif est replié pour un stockage, et une configuration de communication active dans laquelle l'antenne est étendue pour des performances optimum. Pour les radiotéléphones et les équipements radio à deux voies, on désire d'ordinaire que ces dispositifs aient une petite taille en mode d'attente pour en faciliter le stocker et le transport. Par exemple, les utilisateurs préfèrent que les radiotéléphones soient assez petits en mode d'attente pour permettre un stockage dans une poche de chemise ou de veste. Dans l'état de communication active,25 on désire que le dispositif soit suffisamment long pour placer le haut- parleur adjacent à l'oreille de l'utilisateur, le microphone près de la bouche de l'utilisateur et l'antenne à l'écart du corps de l'utilisateur. On désire que l'antenne soit placée à30 l'écart du corps de l'utilisateur car le corps de l'utilisateur est un grand conducteur qui interfère avec la réception de signaux de fréquence radio. Une façon particulièrement efficace de placer l'antenne à l'écart du corps de l'utilisateur est d'étendre l'antenne à l'écart du boîtier du dispositif en utilisation. En prévoyant une antenne se repliant pour le stockage et s'étendant pour des performances optimum en mode de communication active, le fonctionnement à hautes performances en mode actif de l'antenne est prévu dans un dispositif facilement stockable. Une difficulté rencontrée avec de tels dispositifs de communication reconfigurables est d'obtenir une antenne à hautes performances dans le mode d'attente. Le boîtier du dispositif comprenant des circuits électroniques internes est d'ordinaire dans le champ proche réactif de l'antenne en position de stockage. Cet objet dans le champ proche réactif de l'antenne peut affecter les performances en attente des dispositifs comme les radiotéléphones recevant des signaux d'appel, du courrier électronique ou des signaux avertisseurs d'appel en mode d'attente. Ainsi, on désire obtenir une antenne ayant des caractéristiques de haute performance lorsque le dispositif de communication est étendu en mode de communication active et lorsque le dispositif de communication est replié en mode d'attente. La Figure 1 est une vue de face en élévation d'un radiotélephone dans une position étendue de communication active; la Figure 2 est une vue de face en perspective du radiotélephone selon la Figure 1 dans une position fermée repliée; la Figure 3 est une vue de dessus en éclaté et en perspective illustrant un logement avant, une plaque de circuit imprimé de fréquence radio (RF), une plaque de circuit logique et un logement arrière du radiotéléphone selon la Figure 1; la Figure 4 est une vue partielle de dessus en élévation illustrant l'intérieur d'un logement avant et un volet et, de façon schématique, un circuit d'émetteur/récepteur; la Figure 5 est une vue en perspective et en éclaté de l'ensemble d'antenne de radiotélephone; la Figure 6 est une vue latérale en éclaté et en élévation du logement d'antenne selon la Figure 7, le système d'antenne étant orienté dans la position refermée; la Figure 7 illustre l'orientation des bras et du courant produit avec les bras dans leur position pleinement étendue de longueur maximum; la Figure 8 illustre les courants et champs d'antenne lorsque les sections de logement sont dans la position orientée à 90 ; la Figure 9 illustre l'ensemble d'antenne dans la position complètement repliée; la Figure 10 est un graphe de Smith illustrant l'impédance relative de l'antenne dans différentes positions et comment est effectué l'accord d'impédance; la Figure 11 est un circuit schématique illustrant l'impédance d'un système d'antenne de radiotélephone, le radiotélephone étant dans la position ouverte étendue; et la Figure 12 est un circuit schématique illustrant l'impédance du radiotélephone, le radiotélephone étant dans la position repliée de stockage. Un dispositif de communication radio comprend une source de signal radio placée dans une première partie de logement. Une seconde partie de logement possède une30 première extrémité supportée de façon mobile par la première partie de logement de telle façon que la première partie de logement et la seconde partie de logement puissent être reconfigurées dans une position étendue et une position repliée. Une antenne à dipôle possède un premier bras placé dans la première partie de logement et un second bras placé dans la seconde partie de logement. Une extrémité de chacun des premier et second bras est raccordée à la source de signal radio. Des premier et second conducteurs sont placés dans la première partie de logement et la seconde partie de logement et sont électriquement raccordés aux extrémités respectives des premier et second bras. Les premier et second conducteurs sont couplés, de façon capacitive, lorsque la première partie de logement et la seconde partie de logement sont repliées et ne sont pas couplées, de façon capacitive, lorsque la première partie de logement et la seconde partie de logement sont étendues. Ainsi, l'impédance de l'antenne reste pratiquement invariable dans les positions ouverte et fermée de telle façon que l'antenne soit accordée de façon adaptée dans chacune des positions. Les performances en position refermée sont alors nettement améliorées. Tout d'abord, on remarquera que le système d'antenne selon l'invention est illustrée dans un radiotélephone 100 (Figure 1) comprenant un volet o la présente invention est en particulier avantageuse. Cependant, l'invention peut être utilisée, de même, de façon avantageuse, dans d'autres dispositifs de communication radio ayant des antennes et plusieurs parties de logement mobiles l'une par rapport à l'autre. Ainsi, le terme "dispositif" utilisé ici se réfère30 à l'ensemble de tels équipements de communication radio. Un radiotélephone 100 selon l'invention est illustré sur la Figure 1. Le radiotélephone 100 comprend un logement 102 ayant une première partie de logement 101 et une seconde partie de logement 103. Dans le mode de mise en oeuvre illustré, la première partie de logement 101 est un 2724771 boîtier de radiotéléphone et la seconde partie de logement 103 est un volet raccordé à pivotement au boîtier. La seconde partie de logement 103 se déplace entre une position étendue illustrée sur la Figure 1 en mode de communication active et une position repliée ou fermée illustrée sur la Figure 2 en mode d'attente. La première partie de logement 101 comprend une section arrière de corps de boîtier 104 et une section avant de corps de boîtier 105 qui sont raccordées pour définir un volume interne. La première partie de logement 101 loge un circuit électronique comprenant une plaque de circuit RF 315 (Figure 3) et une plaque de circuit logique 314. Un circuit d'émetteur/récepteur 415 (Figure 4) qui est une source de signal radio est supporté par la plaque de circuit logique 314. Le circuit d'émetteur/récepteur émet et reçoit des signaux de fréquence radio et peut être mis en oeuvre à l'aide d'un quelconque circuit d'émetteur/récepteur adapté disponible dans le commerce. Un clavier 106 (Figure 1) est placé sur la première partie de20 logement 101 de telle façon que les touches 109 (dont seules certaines sont repérées) associées au clavier soient accessibles pour un actionnement manuel par l'utilisateur pour fermer, de façon sélective, des commutateurs à pression 322 respectifs (Figure 3). La seconde partie de logement 103 (Figure 1) couvre au moins partiellement le clavier 106 en position refermée. Le couvercle peut être plus long pour couvrir toutes les touches 109. La seconde partie de logement 103 empêche un actionnement inopiné des touches 109 recouvertes lorsque la30 seconde partie de logement 103 est refermée, comme illustré sur la Figure 2. De plus, la seconde partie de logement 103 peut être utilisée pour placer le radiotéléphone en mode d'attente en position refermée. 6 2724771 Le radiotéléphone 100 comprend une antenne à dipôle 107 ayant un bras d'antenne 440 (Figure 4) dans la première partie de logement 101 et un bras d'antenne 441 dans la seconde partie de logement 103. Le bras d'antenne 440 est constitué d'un matériau adapté conducteur de l'électricité comme du cuivre, un alliage de cuivre, un alliage d'aluminium ou similaire. Le conducteur est mince et possède une configuration en serpentin de telle façon que, lorsqu'il est supporté par la surface 460 (Figure 5) de la première partie de logement 101, il s'étende autour des touches 109 du clavier 106. Dans le mode de mise en oeuvre pratique, le bras d'antenne 440 possède une longueur électrique de X/4. Des modes de mise en oeuvre en option peuvent utiliser d'autres dipôles de longueur résonnante de telle façon que le bras d'antenne 440 soit un entier impair multiple de k/4. L'extrémité 442 du bras d'antenne 440 est raccordée à une ligne de transmission 417 par un conducteur 443. Une plaque 450 (Figure 5) est fixée à la surface 460 de la section avant de corps de boîtier 105. La plaque est constituée d'un quelconque conducteur électrique adaptée comme du cuivre, un alliage de cuivre, de l'aluminium ou un alliage d'aluminium. La plaque 450 est raccordée, de façon électrique, à un point d'entrée 442 par un conducteur 461. Une grille 447 possédant des ouvertures 464 alignées avec les touches 109 couvre le bras d'antenne 440 et la plaque 450. La grille 447 est fixée à la section avant de corps de boîtier 105 et la section avant de logement de volet 112 est fixée à la section arrière de logement de volet 111 à l'aide d'un adhésif ou d'une fixation adaptée. La seconde partie de logement 103 comprend une section avant de logement-de volet 112 et une section arrière de logement de volet 111. La section avant de logement de volet 112 est insérée sur la plaque 451 et un bras d'antenne 441 dans un creux 463. 7 2724771 Le bras d'antenne 441 a pratiquement la même structure que le bras d'antenne 440. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, un bras d'antenne 441 (Figure 5) a une longueur électrique de X/4. Des modes de mise en oeuvre en option peuvent utiliser d'autres dipôles de longueur résonnante de telle façon que le bras d'antenne 440 soit un entier impair multiple de X/4. Le bras d'antenne 441 possède, de même, une configuration en serpentin. Le bras d'antenne 441 est fixé à la surface 462 dans le creux 463 de la section arrière de logement de volet 111 à l'aide d'un adhésif adapté disponible dans le commerce. Une extrémité 445 du bras d'antenne 441 est raccordée à la ligne de transmission 417 par un conducteur 446. Le conducteur 443 et le conducteur 446 sont des conducteurs en nappe flexible raccordant l'antenne à dipôle 107 au circuit d'émetteur/récepteur 415 (Figure 4). Le bras d'antenne 440 et le bras d'antenne 441 forment l'antenne à dipôle 107. Le bras d'antenne 441 (Figure 5) possède la même configuration plane que le bras d'antenne 440 de telle façon que ces conducteurs soient des images en miroir l'un de l'autre lorsque la première partie de logement 101 et la seconde partie de logement 103 sont fermées. Alors, dans la position fermée, le bras d'antenne 440 et le bras d'antenne 441 sont pratiquement parallèles, sont alignés de telle façon que les antennes se chevauchent lorsque la première partie de logement 101 et la seconde partie de logement 103 soient dans la position repliée. Une plaque 451 (Figure 5) est raccordée au point d'entrée 445 du bras d'antenne 441 par un conducteur 456. La plaque est fixée à une surface 462 de la section arrière de logement de volet 111. La plaque 451 est constituée d'un matériau adapté conducteur de l'électricité comme un alliage de cuivre. La plaque possède une configuration globalement rectangulaire et pratiquement la même dimension35 que la plaque 450. 8 2724771 La grille 447 et la section avant de logement de volet 112 sont fabriquées en un matériau adapté de polymère identique à celui comme du polycarbonate qui est utilisé pour la section avant de corps de boîtier 105, la section arrière de corps de boîtier 104, la section avant de logement de volet 112 et la section arrière de logement de volet 111. Le matériau de polymère utilisé possède une faible constante de diélectrique adaptée et une structure usuelle. La plaque de circuit RF 315 (Figure 3) et la plaque de circuit logique 314 sont des plaques de circuit imprimé. Le circuit d'émetteur/récepteur 415 (Figure 4) pour le radiotéléphone 100 est monté sur la plaque de circuit RF 315. Ces plaques de circuit sont assemblées dans la première partie de logement 101 et sont maintenues en position lorsque la section avant de corps de boîtier 105 et la section arrière de corps de boîtier 104 sont assemblées à l'aide d'un quelconque moyen usuel adapté comme des connecteurs par encliquetage. Un ensemble de20 vibreur 316 est porté par la plaque de circuit logique 314 de façon à être placé contre le logement avant lorsque la plaque de circuit logique 314 bute contre la section avant de corps de boîtier 105. Pour monter l'ensemble d'antenne sur le radiotéléphone 100, la plaque 450 (Figures 5 et 6) est fixée à la surface 460 de la section avant de corps de boîtier 105 en un point 452. Le bras d'antenne 440 est alors monté sur la surface 460 de la section avant de corps de boîtier 105 et est raccordé à la plaque 450 par un30 conducteur 461 qui peut être constitué d'un quelconque conducteur électrique adapté. La grille 447 est fixée à la section avant de corps de boîtier 105 à l'aide d'un adhésif adapté, d'une fixation ou similaire, le bras d'antenne 440 et la plaque 450 étant pris en sandwich. 9 2724771 La plaque 451 est fixée à la surface 462 de la section arrière de logement de volet 111 en un point 453 à l'aide d'un adhésif ou d'une fixation adapté. La plaque 451 est raccordée au point d'entrée 445 du bras d'antenne 441 par un conducteur 456. La section avant de logement de volet 112 est alors fixée à la section arrière de logement de volet 111 à l'aide d'un adhésif adapté, le bras d'antenne 441 et la plaque 451 étant pris en sandwich de façon ferme. Le bras d'antenne 440 et le bras d'antenne 441 sont électriquement raccordés au circuit d'émetteur/récepteur 415 par des conducteurs 443 et 446 et la ligne de transmission 417. La plaque 450 et la plaque 451 sont des pièces planes globalement rectangulaires. Lors du montage, les plaques sont placées de telle façon qu'elles soient verticalement alignées pour créer un couplage capacitif lorsque le volet est en position fermée, comme illustré sur la Figure 2. Cependant, les plaques peuvent avoir une quelconque20 configuration adaptée pour faciliter le positionnement sur la section avant de corps de boîtier 105 et sur la section avant de logement de volet 112. En fonctionnement, le bras d'antenne 440 et le bras d'antenne 441 sont étendus dans la position illustrée sur la Figure 7 lorsque la première partie de logement 101 et la seconde partie de logement 103 sont étendues dans la position ouverte illustrée sur la Figure 1. De préférence, le bras d'antenne 440 et le bras d'antenne 441 sont orientés dans le même plan pour des performances optimum.30 Dans cette position, l'impédance RL (Figure 11) de l'antenne à dipôle dans la configuration de la Figure 7 est choisie comprise entre 50 et 75 ohms, ce qui est égal à l'impédance de source RS et à celle de la ligne de transmission 417. Les courants Il (Figure 7), I2 et I3 sont 1O 2724771 colinéaires et ont pratiquement le même sens, et le champ réactif rapproché de chaque bras d'antenne est principalement dans l'air. L'antenne à dipôle fonctionne bien, de même, lorsque les bras ne sont pas complètement étendus mais sont placés l'un par rapport à l'autre selon un angle d'environ 120 à 180 . En option, si le système d'antenne est utilisé dans un dispositif ayant une position o les bras sont orientés à environ 900 l'un par rapport à l'autre, comme dans un dispositif personnel de communication, les bras seront orientés comme illustré sur la Figure 8. Dans cette position, la plaque 450 et la plaque 451 ne sont pas couplées. Bien que les performances de l'antenne soient diminuées dans cette position, l'impédance d'antenne n'est pas notablement altérée et les performances sont bonnes sans ajout de capacitance. Dans cette position, les courants Il, I2 et I3 ne sont pas colinéaires. Ils sont cependant orientés de telle façon que leurs effets ne s'annulent pas. Afin de réduire la taille physique du dispositif de communication radio comprenant l'antenne à dipôle 107, comme pour réorienter le dispositif dans une position de stockage, la seconde partie de logement 103 est tournée sur la position fermée de stockage de la Figure 2. Lorsque la25 première partie de logement 101 et la seconde partie de logement 103 sont dans la position complètement fermée illustrée sur la Figure 2, le bras d'antenne 440 et le bras d'antenne 441 sont orientés comme illustrés sur la Figure 9. Les bras d'antenne sont espacés de l'épaisseur du matériau de diélectrique de la grille 447 plus celle du matériau de diélectrique de la section avant de logement de volet 112. Dans la position complètement refermée, illustrée sur la Figure 9, l'efficacité de l'antenne est réduite. Les courants Il et I3 sont normaux au courant I2 et les courants Il et I3 s'annulent de façon effective. Le courant I2 est le courant résiduel émettant l'énergie. Cette petite longueur effective de la partie produisant le courant de l'antenne provoque une chute de la résistance à l'émission RL' (Figure 12) de l'antenne à dipôle 107 à une très petite valeur de 3 à 10 ohms. Cela représente une sérieuse discordance de résistance avec la ligne de transmission 417 qui est accordée à l'impédance des bras dans la position complètement étendue, qui est de 50 à 75 ohms. En plus de la grande différence de composante de résistance, il existe une grande réactance L (Figure 12) introduite par la ligne de transmission 417, les bras de l'antenne à dipôle et le matériau de diélectrique interposé. Le matériau de diélectrique est constitué par des pièces entre les antennes qui sont la grille 447 et la section avant de logement de volet 112. L'effet de l'inégalité de résistance et de la réactance ajoutée réduit les performances de l'antenne dans la position de stockage. La capacitance C (Figure 12) constituée par le couplage capacitif de la plaque 450 (Figure 5) et de la plaque 451 qui sont situées près de l'articulation 420 et sont raccordées à l'extrémité de source des sections d'antenne, est ajoutée en parallèle à l'impédance d'antenne25 seulement lorsque l'antenne à dipôle 107 est dans la position de stockage illustrée sur la Figure 2. La capacitance ajoutée en parallèle à la résistance à l'émission RL' et à la résistance L produit une impédance résultante s'accordant à la ligne de transmission 417. Un30 choix d'un diélectrique ayant une constante et une épaisseur désirées et la proximité des plaques qui est commandée par la sélection de l'épaisseur de la grille 447 et de la section avant de logement de volet 112, permet à l'antenne à dipole d'avoir pratiquement la même35 caractéristique d'impédance dans les positions ouverte et 12 2724771 fermée. Cela améliore nettement les performances de l'antenne dans la position fermée. Le graphe de Smith de la Figure 10 illustre le mappage de l'impédance réactive à une valeur désirée qui est de 50 ohms au point Z4. L'impédance du point Z4 est celle de la ligne de transmission et on désire que l'impédance de l'antenne soit accordée à celle de la ligne de transmission. Dans la position ouverte de la Figure 2, l'impédance RL de l'antenne à dipôle 107 est de 50 ohms. Dans la position fermée, sans la grille de diélectrique 447 et la section de logement de volet 142 et sans la plaque de condensateur 450 et 451, l'impédance d'antenne passera d'environ 3 à 10 ohms. Ce point est représenté par Z2. Si le matériau de diélectrique de la grille 447 et de la section avant de logement de volet 112 n'est pas présent, la valeur d'impédance de l'antenne à dipôle 107 dans la position fermée serait de Z2 et ainsi, ne pourrait être compensée par un composant en parallèle. Comme le matériau de diélectrique de la grille 447 et de la section avant de logement de volet 112 est placé entre le bras d'antenne 440 et le bras d'antenne 441, l'impédance d'antenne dans la position fermée est Z3. En choisissant l'épaisseur du matériau de diélectrique de la grille 447 et de la section avant de logement de volet 11225 selon une constante de diélectrique de ces matériaux, la valeur d'impédance de l'antenne à dipôle 107 passe à Z3. Un choix adapté de Z3 permet à la valeur Z4 d'être modifiée par réaction à l'aide d'une capacitance en parallèle raccordée aux bras de l'antenne à dipôle 107 au pointO30 d'alimentation, chargeant alors l'antenne à dipôle 107 au point d'alimentation. Cette charge en parallèle est constituée par la plaque 450 et par la plaque 451 qui sont couplées, de façon capacitive, l'une à l'autre seulement lorsque le volet est fermé, et sont raccordées aux points 13 2724771 d'alimentation respectifs des bras de l'antenne à dipôle 107. Alors, on peut voir qu'une antenne est décrite avec des caractéristiques de performances améliorées dans la position fermée. Les caractéristiques améliorées sont fournies par chargement du dipôle au point d'alimentation à l'aide de condensateurs qui ne sont raccordés que lorsque le volet est fermé. Dans la position ouverte, les plaques ne sont pas couplées et n'affectent pas l'impédance des10 bras d'antenne. L'épaisseur et la constante de diélectrique du matériau de diélectrique entre les plaques capacitives sont choisies pour affecter une impédance particulière à l'antenne dans la position fermée. 14 2724771 REVENDICATIONS 1. Dispositif de communication radio (100) comprenant: - une source de signal radio (415); - une première partie de logement (102), la source de signal radio étant placée dans la première partie de logement; - une seconde partie de logement (103), la seconde partie de logement possédant une première extrémité supportée, de façon mobile, par la première partie de logement de telle façon que la première partie de logement et la seconde partie de logement puissent être reconfigurées dans une position étendue et une position repliée; et - une antenne dipôle (107); dispositif caractérisé en ce que: - l'antenne à dipôle possède un premier bras (440) placé dans la première partie de logement et un second bras (441) placé dans la seconde partie de logement, une extrémité respective de chacun des premier et second bras étant raccordée à la source de signal radio; et des premier et second conducteurs (450, 451) placés sur la première partie de logement et la seconde partie de logement et électriquement raccordés aux extrémités25 respectives des premier et second bras, les premier et second conducteurs étant couplés, de façon capacitive, lorsque la première partie de logement et la seconde partie de logement sont repliées, et n'étant pas couplés, de façon capacitive, lorsque la première partie de logement et la30 seconde partie de logement sont étendues. 2. Dispositif de communication radio selon la revendication 1, caractérisé, de plus, en ce qu'il comprend une articulation (420) raccordée aux première et seconde parties de logement, les première et seconde parties de logement se déplaçant ainsi entre la position repliée et la position étendue. 3. Dispositif de communication radio selon la revendication 2, caractérisé, de plus, en ce que chacun des premier et second bas possède un point d'alimentation respectif (442, 445) raccordé à la source de signal radio et dans lequel les premier et second conducteurs sont raccordés à un point d'alimentation respectif des premier et second bras. 4. Dispositif de communication radio selon la revendication 3, caractérisé, de plus, en ce que les premier et second conducteurs sont respectivement des première et seconde plaques et les points d'alimentation sont proches de l'articulation. 5. Dispositif de communication radio selon la revendication 4, caractérisé, de plus, en ce que les premier et second bras sont orientés sur les première et seconde parties de logement de telle façon qu'ils soient verticalement alignés lorsque les première et seconde parties de logement sont dans la position repliée. 6. Dispositif de communication radio selon la revendication 1, caractérisé, de plus, en ce que la première partie de logement comprend une pluralité de touches (109). 7. Dispositif de communication radio selon la revendication 6, caractérisé, de plus, en ce que la seconde partie de logement est un volet couvrant au moins une partie des touches. 16 2724771 8. Dispositif de communication radio selon la revendication 1, caractérisé, de plus, en ce qu'au moins une pièce de diélectrique (112 ou 447) est placée entre les première et seconde plaques pour choisir une capacitance ajoutée par les première et seconde plaques à l'antenne à dipôle. 9. Dispositif de communication radio selon la revendication 8, caractérisé, de plus, en ce qu'au moins une pièce de diélectrique comprend une première pièce dew diélectrique (112) et une seconde pièce de diélectrique (447), les première et seconde pièces de diélectrique étant placées entre les première et seconde plaques pour choisir une capacitance ajoutée par les première et seconde plaque à l'antenne à dipôle. 10. Dispositif de communication radio selon la revendication 9, caractérisé, de plus, en ce qu'il comprend des touches, la première pièce de diélectrique étant une section avant de logement de volet (112) et la seconde pièce de diélectrique (447) étant une plaque de face autour20 des touches.