Brevet FR2724794A1 — publié le 19960322

I DISPOSITIF ELECTRONIQUE POSSEDANT UN CIRCUIT R.F. INTEGRE DANS UN ELEMENT MOBILE DE BO TIER De façon globale, cette invention concerne les circuits de fréquence radio (R.F.) comprenant des antennes, et, de façon plus spécifique, l'intégration de ses circuits de fréquence radio (R.F.) dans un élément mobile de boîtier d'un dispositif électronique. De façon globale, des dispositifs électroniques comme les équipements radio portables deviennent de taille physique de plus en plus petite et les clients et les fabriquants réclament plus de caractéristiques. Par conséquent, certains équipements radio nécessitent une antenne intégrée compacte pour constituer soit une seconde antenne en diversité, soit pour concilier l'antenne primaire à des fins esthétiques. Comme la plupart de la zone de surface d'une radio portable est normalement occupée par la main d'un utilisateur, une position logique pour une antenne intégrée est dans une partie en extension du boîtier de20 radiotéléphone. Ce boîtier en extension peut être réalisé par rotation d'un volet vers l'extérieur, par torsion d'une partie du boîtier de radiotélephone ou par coulissement d'une partie du boîtier de radiotéléphone d'une première position vers une seconde position. Une telle radio25 portable possède des modes de fonctionnement validés lorsque l'élément de boîtier est dans la première position ainsi que dans la seconde position. Par conséquent, toute antenne ou circuit de fréquence radio (R.F.) conçue pour être intégrée dans un élément de boîtier mobile doit être conçue de façon à bien fonctionner, à la fois, dans la première et dans la seconde position. Une difficulté de conception de l'antenne survient lorsque l'antenne dans la seconde position est proche des composants électriques de l'équipement radio portable et l'antenne dans la première position est plus à l'écart des composants internes de l'équipement radio. De façon usuelle, une antenne doit être accordée pour correspondre à l'impédance de l'amplificateur de puissance pour des performances maximum de l'antenne. L'accord d'une antenne dépend fortement de la position de l'antenne en fonctionnement. Dans notre cas, l'antenne a deux positions physiques dans lesquelles elle doit fonctionner de façon efficace. Si l'antenne est accordée dans la première position, alors, lorsque l'antenne est dans la seconde position proche des composants électrique de l'émetteur/récepteur, l'antenne est désaccordée. Une antenne désaccordée présente un faible accord d'impédance avec l'amplificateur de puissance et subit une perte importante de performances. Alors, il est nécessaire de développer une antenne qui fonctionne de façon efficace lorsque l'élément mobile de boîtier est dans la première position et dans la seconde position. La Figure 1 est une illustration d'un radiotéléphone possédant un élément mobile de boîtier dans une position ouverte selon la présente invention; la Figure 2 est une illustration du radiotéléphone illustré sur la Figure 1, l'élément mobile de bottier étant dans une position fermée selon la présente invention; et la Figure 3 est une illustration d'une partie du radiotélephone de la Figure 1 selon la présente invention. La Figure 1 est une illustration d'un mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention. Dans notre cas, un système d'antenne est intégré dans un radiotéléphone portable 100 comme un téléphone de poche japonais de 1,9 GHz disponible chez Motorola Inc. Un radiotéléphone portable comprend, de façon usuelle, un clavier 102, un affichage 104, un haut-parleur 106, un microphone (non illustré) ainsi que les composants électroniques du radiotéléphone. Le radiotéléphone portable 100 fait partie d'un système de radiotéléphone utilisant des signaux de fréquence radio (R.F.) pour communiquer entre un émetteur/récepteur à distance (non illustré) et une pluralité de radiotéléphones comme le radiotélephone portable 100 illustré sur la Figure 1. Une antenne est utilisée pour envoyer et recevoir des signaux de fréquence radio (R.F.) entre l'émetteur/récepteur à distance et le radiotéléphone portable 100. Comme décrit dans l'arrière- plan, on désire obtenir une antenne intégrée dans une partie extensible du bottier de radiotélephone. Dans notre cas, le boîtier du radiotélephone portable 100 est séparé en un premier élément de boîtier 101 et un second élément de boîtier 103. Le premier élément de boîtier 101, référencé de même comme volet, est mobile par rapport au second élément de boîtier 103. Le second élément de boîtier 103 contient une partie importante des composants électroniques du radiotéléphone portable 100. On peut prévoir que la présente invention puisse être mise en oeuvre dans un autre dispositif radio o le premier élément de bottier est déplacé entre la première position et la seconde position à l'aide d'un mouvement de torsion, de25 rotation ou de coulissement. La Figure 2 est une illustration du radiotéléphone portable 100 de la Figure 1, le premier élément de boîtier 101 étant dans une seconde position fermée. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, le système d'antenne comprend une antenne 105 placée dans le premier élément de boîtier 101, une première paire de plaques conductrices 107, 109 placées dans le premier élément de boîtier 101 et situées sur un point d'alimentation 111 de l'antenne 105. La plaque conductrice 107 est couplée, de35 façon électrique, à une première borne 108 de l'antenne 105 et la plaque conductrice 109 est couplée, de façon électrique, à une seconde borne 110 de l'antenne 105. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, l'antenne 105 est un dipôle un demi-onde; cependant, d'autres antennes pourraient être utilisées comme une antenne à boucle, une antenne à connexion ou une antenne monopole ou une quelconque autre antenne connue. Indépendamment du type de l'antenne, la première paire de plaques conductrices 107, 109 sont disposées sur le point d'alimentation de l'antenne 105. Dans notre cas, le point d'alimentation 111 du dipôle est située comme illustré sur la Figure 1. Une seconde plaque conductrice 113 est placée dans le second élément de bottier 103, comme illustré sur la Figure 1. Les plaques conductrices 107, 109 et la seconde plaque conductrice 113 ajoutent une capacitance de dérivation au système d'antenne. En option, la capacitance de dérivation de charge créée par les plaques conductrices 107, 109 peut être écartée du point d'alimentation immédiat de l'antenne. Une très large gamme d'impédances d'antenne peut être obtenue en changeant la taille des plaques capacitives et leurs positions le long de l'antenne ou de la ligne de transmission dans le volet alimentant l'antenne. La Figure 3 est une illustration d'une partie du radiotéléphone portable 100 de la Figure 1. De façon spécifique, la Figure 3 est utilisée pour illustrer une connexion entre l'antenne 105 et un émetteur/récepteur 315 via une ligne de transmission 317. L'émetteur/récepteur 315 est une partie des composants électroniques du radiotéléphone portable 100. L'antenne 105 est accordée30 avec l'impédance de l'émetteur/récepteur 315 tandis que le premier élément mobile de bottier est dans la position ouverte, référencée de même comme première position. Lorsque le premier élément de bottier 101 est dans la première position, la première paire de plaques35 conductrices 107, 109 confère seulement une petite quantité de capacitance de dérivation à l'impédance du point d'alimentation. Cette quantité additionnelle de capacitance de dérivation peut être facilement retrouvée dans l'accord de l'antenne 105. La seconde plaque conductrice 113 est placée dans le second élément de boîtier de telle façon que, lorsque le premier élément de boîtier 101 est dans la seconde position, la première paire de plaques conductrices 107, 109 et la seconde plaque conductrice 113 soient parallèles et très proches. Cet agencement de plaques en parallèle créée une augmentation importante de la capacitance de dérivation au point d'alimentation 111. L'augmentation de capacitance de dérivation réaccorde, de façon effective, l'antenne 105 pour conserver des performances maximum de l'antenne 105 même si l'antenne a été très rapprochée des composants électroniques du radiotélephone portable 100. Lorsque l'antenne 105 est optimisée avec le premier élément de boîtier 101 dans la première position, come illustré sur la Figure 1, l'antenne 105 est essentiellement accordée pour un fonctionnement en espace libre. Lorsque le premier élément de boîtier 101 est dans une seconde position, comme illustré sur la Figure 2, il est proche des composants électroniques du radiotélephone portable 100. Si aucun diélectrique n'est présent, la théorie d'image25 prévoit, le premier élément de boîtier 101 étant dans la seconde position, que la résistance au rayonnement chutera et que l'impédance d'antenne sera dominée par la réactance capacitive. Dans ce cas, l'adjonction d'une capacitance de dérivation au point d'alimentation 111 ne compensera pas30 l'effet de désaccord provoqué par les composants électroniques du radiotélephone portable 100. En pratique, lorsque le premier élément de boîtier 101 est dans la seconde position, comme illustré sur la Figure 2, l'antenne 105 n'est pas séparée des composants électroniques du radiotélephone portable 100 par l'air; au contraire, ils sont séparés par diverses couches de diélectriques créées par le boîtier, le clavier et l'affichage. Ces couches de diélectrique ont une constante de diélectrique qui est supérieure à l'unité. La présence du matériau plus fortement diélectrique augmente la longueur électrique effective de l'antenne 105 lorsque le premier élément de boîtier 101 est dans la seconde position, rendant alors l'impédance d'antenne inductive10 plutôt que capacitive. Par conséquent, l'addition de la capacitance de dérivation créée par les plaques conductrices 107, 109 et la seconde plaque conductrice 113 réaccorde l'impédance d'antenne avec celle de l'émetteur/récepteur. En d'autres termes, la capacitance de15 dérivation modifie la longueur électrique effective de l'antenne 105 pour égaler la longueur électrique effective lorsque l'antenne 105 est dans la première position. Ces effets ont été vérifiés par simulation et par des essais, comme indiqué dans les Tableaux 1 à 3. Bien que l'ensemble du mode de mise en oeuvre préféré, décrive l'intégration d'une antenne dans un élément mobile de boîtier d'un radiotéléphone, les inventeurs prévoient que leur invention soit applicables à l'intégration d'un quelconque circuit de fréquence radio25 (R.F.) dans un élément mobile de boîtier d'un dispositif électronique. Tableau 1 CH2 Sl1 log MAC 5 dSO/REF 0 l, -B. 4722 dB --...-. 1 9 31. DO a I7 - - - - -'- "E a:1 HNid CENTRE 1 00C. 000 PLAGE 4. 000 Caractisique de p ern retour de rmime dm 'ePce Tableau 2 CH2 S11 lo9 MAG S de/ REF o dC la -12- 62 dM Dz 1 91--i cx -i cor- E/E Nid HlI CENTRE 1 000 00 C=M PLAGE400 000 000 MHz Caratrt e de perte retmur de l'ante a diutbatien prts de a tue de r*muatur Tableau 3 CE2 S11 1og HAM s do/ or a cm là -il. a dc 1 031. D. n KEg Nid CENTRE I C= MHz PtAGE 40 C D M Carwtbhdqm de pie en,em à pe.slmi du Iwaiea,.dm vdd_ ferm,) REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique possédant un premier élément de boîtier et un second élément de boîtier, dans lequel le premier élément de boîtier est mobile entre une première position et une seconde position, dispositif électronique caractérisé par: - un circuit de fréquence radio (R.F.) possédant une impédance placée dans le premier élément de boîtier; - une première plaque conductrice disposées dans le premier élément de boîtier; et - une seconde plaque conductrice placée dans le second élément de boîtier de telle façon que, lorsque le premier élément de boîtier est dans la première position, la seconde plaque conductrice ait un effet minimum sur l'impédance du circuit de fréquence radio (R.F.), et lorsque le premier élément de boîtier est dans la seconde position, la seconde plaque conductrice soit proche de la première plaque conductrice et ait un effet important sur l'impédance du circuit de fréquence radio (R.F.). 2. Dispositif électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de fréquence radio (R.F.) est une antenne. 3. Dispositif électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier élément de boîtier est un volet articulé entre ladite première position et ladite seconde position. 4. Dispositif électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier élément de boîtier est déplacé par torsion entre ladite première position et ladite seconde position. 5. Dispositif électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier élément de boîtier est déplacé par coulissement entre ladite première position et ladite seconde position. 6. Equipement radio possédant un premier élément de boîtier et un second élément de boîtier, dans lequel le premier élément de boîtier peut être déplacé entre une première position et une seconde position, équipement radio caractérisé par: - une antenne ayant une longueur électrique, un point d'alimentation, et placée dans le premier élément de boîtier; - au moins une première plaque conductrice placée dans le premier élément de boîtier; et - une seconde plaque conductrice placée dans le second élément de boîtier de telle façon que, lorsque le premier élément de boîtier est dans la première position, la seconde plaque conductrice ait un effet minimum sur la longueur électrique de l'antenne, et lorsque le premier élément de boîtier est dans la seconde position, la seconde plaque conductrice soit proche au moins de la première plaque conductrice et crée un effet important sur la longueur électrique de l'antenne. 7. Equipement radio selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite au moins première plaque conductrice est placée sur le point d'alimentation de l'antenne. 8. Equipement radio selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite première antenne est une antenne dipôle en demi-onde. 9. Equipement radio selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'équipement radio contient d'autres composants électroniques parmi lesquels une partie importante desdits autres composants électroniques est placée dans ledit second élément de boîtier, créant ainsi un grand corps conducteur dans le second élément de boîtier de telle façon que, lorsque le premier élément de boîtier est dans la seconde position et la longueur électrique de l'antenne est affectée de façon néfaste, la taille et la position d'au moins la première plaque conductrice et la seconde plaque conductrice contrebalancent l'effet néfaste sur la longueur électrique de l'antenne provoqué par le grand corps conducteur. 10. Dispositif de communication radio possédant un premier élément de boîtier et un second élément de boîtier, le premier élément de boîtier étant mobile entre une première position et une seconde position, le second élément de boîtier contenant une partie importante des composants électroniques du dispositif de communication radio, créant un corps conducteur dans le second élément de boîtier, dispositif de communication radio caractérisé par: - une antenne ayant une première impédance, un point d'alimentation, une première borne, une seconde borne, et placée dans le premier élément de boîtier; - une première paire de plaques conductrices placées sur la première borne et sur la seconde borne au point d'alimentation de l'antenne et dans le premier élément de boîtier; et - une seconde plaque conductrice placée dans le second élément de boîtier de telle façon que, lorsque le premier élément de boîtier est dans la première position, la seconde plaque conductrice ait un effet minimum sur l'impédance de l'antenne, et lorsque le premier élément de boîtier est dans la seconde position, la seconde plaque conductrice soit proche de la première paire de plaques conductrices, créant un effet sur l'impédance de l'antenne pour contrebalancer l'effet du corps conducteur sur l'impédance de l'antenne.