Brevet FR2773289A1 — publié le 19990702

La présente invention concerne une antenne pour un té- léphone portable, et, en particulier, un circuit d'antenne de téléphone portable avec une sensibilité réduite au corps humain et un procédé pour réaliser celui-ci. Un téléphone portable, tel qu'un téléphone cellulaire et un téléphone sans fil, emploie généralement une antenne hélicoïdale, une antenne quart-d'onde (X/4), une antenne dipôle demi-onde (k/2), ou une antenne monopôle demi-onde (X/2). L'antenne hélicoïdale est rarement utilisée pour le téléphone portable, car elle a des caractéristiques d'an- tenne médiocres, du fait qu'une grande quantité de la puis- sance est convertie en chaleur du fait de son inductance élevée. Cependant, l'antenne quart-d'onde (X/4), l'antenne di- pôle demi-onde (X/2) et l'antenne monopôle demi-onde (X/2), qui sont couramment utilisées pour les téléphones porta- bles, provoquent des fuites de courant par le corps humain, comme montré dans les figures 1A à 1C. Le courant de fuite circule à travers le corps de l'utilisateur lorsque l'uti- lisateur tient le téléphone portable contre son oreille pour parler dans le téléphone. Une augmentation du courant de fuite produit une réduction de la zone de couverture du téléphone portable. Si l'on se réfère aux figures 1A à 1C, l'antenne quart-d'onde (voir figure 1A) a la fuite de cou- rant la plus importante, l'antenne dipôle demi-onde (voir figure 1C) a la deuxième fuite de courant la plus impor- tante, et l'antenne monopôle demi-onde (voir figure lB) a la fuite de courant la moins importante. Autrement dit, parmi les figures lA à 1C, l'antenne monopole demi-onde peut offrir la plus grande zone de couverture pour le télé- phone portable. Pour cette raison, l'antenne monopôle demi- onde est couramment utilisée pour le téléphone portable. Néanmoins, lorsque le téléphone portable employant l'antenne monopôle demi-onde (x/2) vient en contact étroit avec le corps humain, le rapport d'ondes stationnaires (Standing Wave Ratio ou SWR) augmente, ce qui détériore par conséquent les caractéristiques de l'antenne. L'augmenta- tion du rapport d'ondes stationnaires produit une réduction de la zone de couverture du téléphone portable. Bien sûr, l'antenne pour le téléphone portable peut être conçue en tenant pleinement compte de ces caractéris- tiques d'antenne. Dans ce cas, cependant, l'antenne a une longueur relativement plus importante que celle du corps du téléphone portable. Par exemple, dans le cas o l'on appli- que une antenne monopole demi-onde (k/2) à un téléphone sans fil à 900 MHz, l'antenne devrait mesurer environ 16 cm, ce qui est bien plus long que le corps d'un télé- phone sans fil ordinaire. Par conséquent, un objet de la présente invention est de procurer un circuit d'antenne de téléphone portable avec une sensibilité réduite au corps humain, et un procédé pour réaliser celui-ci. Un autre objet de la présente invention est de procurer un circuit d'antenne de téléphone portable pour empêcher une augmentation du rapport d'ondes stationnaires lorsque l'antenne de téléphone portable vient en contact avec le corps humain, et un procédé pour réaliser celui-ci. Un autre objet de la présente invention est encore de procurer un circuit d'antenne pour augmenter la zone de couverture d'un téléphone portable, et un procédé pour réa- liser celui-ci. Un autre objet de la présente invention est encore de procurer un circuit d'antenne susceptible de contribuer à une réduction de longueur d'une antenne pour un téléphone portable, et un procédé pour réaliser celui-ci. Pour atteindre les objets ci-dessus, on propose un cir- cuit d'antenne pour un téléphone portable. Le circuit d'an- tenne comprend un module HF ayant une impédance de 50 Q; une antenne ayant une impédance comprise entre 450 et 500 Q, pour rayonner une sortie de signal HF à partir du module HF dans l'air et délivrer en sortie un signal HF capturé dans l'air au module HF; et un circuit d'adapta- tion connecté entre le module HF et l'antenne pour adapter la caractéristique d'impédance du module HF à la caracté- ristique d'impédance de l'antenne. Le circuit d'adaptation comprend une bobine d'inductance ayant une inductance de 24 mH connectée entre une sortie du module HF et l'antenne, et un condensateur ayant une capacité de 1 pF connecté en- tre l'antenne et une masse, le condensateur étant couplé en parallèle à la bobine d'inductance. Ici, l'antenne est une antenne monopôle demi-onde qui a une longueur de ll cm. Pour atteindre les objets ci-dessus, on propose un pro- cédé pour réaliser un circuit d'antenne pour un téléphone portable comprenant un module HF ayant une première impé- dance, une antenne ayant une deuxième impédance et un cir- cuit d'adaptation connecté entre le module HF et l'antenne pour adapter la première impédance à la deuxième impédance. Dans le procédé, l'abaque de Smith est recherché pour les valeurs de composante de résistance réelles de l'antenne et du module HF, de façon à définir la valeur de composante de résistance réelle de l'antenne comme étant une valeur d'une première position et la valeur de composante de résistance réelle du module HF comme étant une valeur d'une deuxième position. Une valeur de capacité parallèle et une valeur d'inductance série pour amener la première position vers la deuxième position sont calculées en utilisant un abaque d'admittance et un abaque d'impédance de l'abaque de Smith, respectivement. La bobine d'inductance ayant la valeur d'inductance calculée est connectée entre une sortie du mo- dule HF et l'antenne, et le condensateur ayant la valeur de capacité calculée est connectée entre l'antenne et une masse, le condensateur étant couplé en parallèle à la bo- bine d'inductance. La première impédance est de 50 Q et la deuxième impédance est comprise entre 450 et 500 Q. La bo- bine d'inductance a une inductance de 24 mH et le condensa- teur a une capacité de 1 pF. L'antenne est une antenne mo- nopôle demi-onde (k/2) qui est longue de 11il cm. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les objets et avantages ci-dessus de la présente inven- tion apparaîtront de façon plus évidente en décrivant en détail des formes de réalisation préférées de celle-ci en se référant aux dessins joints, dans lesquels: Les figures lA à 1C sont des schémas montrant les fui- tes de courant provoquées lorsque les différentes antennes applicables à un téléphone viennent en contact avec le corps humain; la figure 2 est un schéma d'un circuit d'antenne selon une forme de réalisation de la présente invention; la figure 3 est un schéma montrant la structure d'une antenne de longueur réduite selon une forme de réalisation de la présente invention; la figure 4 est un abaque de Smith pour calculer l'in- ductance et la capacité d'un circuit d'adaptation (30) de la figure 2; la figure 5 est un graphique montrant un tracé de rap- port d'ondes stationnaires mesuré lorsque le téléphone por- table employant l'antenne selon la présente invention est séparé du corps humain; et la figure 6 est un graphique montrant un tracé de rap- port d'ondes stationnaires mesuré lorsque le téléphone por- table employant l'antenne selon la présente invention vient en contact avec le corps humain. DESCRIPTION DETAITITTE DE LA FORME DE REALISATION PREFEREE Une forme de réalisation préférée de la présente inven- tion va être décrite en détail ci-dessous en se référant aux dessins joints. Dans la description qui suit, de nom- breux détails spécifiques sont exposés pour permettre une compréhension plus complète de la présente invention. Tou- tefois, il apparaîtra de façon évidente à une personne ayant une bonne connaissance de la technique que la pré- sente invention peut être mise en pratique sans ces détails spécifiques. Dans d'autres cas, des fonctions ou des cons- tructions bien connues n'ont pas été décrites de façon à ne pas obscurcir la présente invention. La figure 2 montre un circuit d'antenne pour un télé- phone portable selon la présente invention, employant l'an- tenne monopôle demi-onde (X/2). De façon caractéristique, l'antenne monopôle demi-onde (X/2) a une longueur d'environ 16,7 cm. Si l'on se réfère à la figure 2, le circuit d'an- tenne comprend un circuit d'adaptation 30 connecté entre un module HF (haute fréquence) 10 du téléphone portable et une antenne ANT. Le circuit d'adaptation 30 comprend une bobine d'inductance L connectée entre le module HF 10 et l'antenne ANT et un condensateur C connecté entre l'antenne ANT et la masse, le condensateur C étant ainsi couplé en parallèle à la bobine d'inductance L. Le module HF a de façon caracté- ristique une impédance de 50 Q, tandis que l'antenne ANT de longueur réduite a une impédance différente de celle du module HF 10. Par conséquent, le circuit d'adaptation 30 sert à adapter l'impédance de l'antenne ANT à l'impédance du module HF 10. Lorsque le téléphone portable employant le circuit d'antenne de la figure 2 vient en contact avec le corps hu- main, le courant de fuite circule à travers le corps hu- main, détériorant par conséquent les caractéristiques de l'antenne. Selon une analyse de l'antenne monopôle demi- onde (X/2) ayant une caractéristique d'impédance (Z = R. jX), l'antenne monopôle demi-onde (X/2) a une résistance réelle R faible comprise entre 200 et 300 Q et une réactance X comprise entre -300 et - 400 Q. Lorsque l'antenne ayant une telle caractéristique d'impédance vient en contact avec le corps humain, l'impédance de l'antenne ANT n'est pas adap- tée à l'impédance du module HF 10, ce qui produit une aug- mentation du rapport d'ondes stationnaires et une réduction du rendement de l'antenne. Par conséquent, on conclut que la composante de réactance de l'antenne devrait être nulle et que la composante de résistance de l'antenne devrait être augmentée jusqu'à une valeur aussi élevée que possible pour augmenter par conséquent l'impédance, afin de réduire la sensibilité de l'antenne au corps humain. Si l'on se réfère à la figure 2, le circuit d'antenne selon la présente invention comprend le module HF 10, l'an- tenne ANT et le circuit d'adaptation 30. Le module HF 10 convertit un signal à fréquence intermédiaire (Intermediate Frequency ou IF) en un signal HF de façon à le délivrer en sortie à l'antenne ANT dans un mode d'émission, et conver- tit le signal HF reçu de l'antenne ANT en ce signal à fré- quence intermédiaire dans un mode de réception. L'antenne ANT rayonne la sortie de signal HF du module HF 10 dans l'air, et délivre le signal HF capturé dans l'air au module HF 10. Ici, le module HF 10 et l'antenne ANT ont des carac- téristiques d'impédance différentes l'une de l'autre. Au- trement dit, le module HF 10 a une impédance de 50 Q et l'antenne ANT a une impédance comprise entre 450 et 500 Q. Par conséquent, le circuit d'adaptation 30 est connecté en- tre le module HF 10 et l'antenne ANT pour adapter l'impé- dance de l'antenne ANT à celle du module HF 10. Le circuit d'adaptation 30 se compose de la bobine d'inductance L con- nectée entre une sortie du module HF 10 et l'antenne ANT, et du condensateur C connecté entre l'antenne ANT et la masse, le condensateur C étant ainsi couplé en parallèle à la bobine d'inductance L. La circuit d'antenne de la figure 2 peut empêcher la détérioration de la qualité de communication due à la fai- ble composante de résistance et à la composante de réac- tance élevée de l'antenne monopâle demi-onde (X/2), même si l'utilisateur tient l'antenne du téléphone portable contre son oreille. De plus, le circuit d'antenne selon la pré- sente invention est approprié pour un téléphone portable de petite taille. Enfin, le circuit d'antenne selon l'inven- tion devrait être conçu pour avoir une réactance nulle et une résistance élevée, de façon à garantir par conséquent l'impédance élevée. Pour satisfaire à ces besoins, le con- cepteur de l'antenne couple le circuit d'antenne à un ana- lyseur numérique et recherche l'abaque de Smith de la fi- gure 4 pour la résistance réelle R la plus élevée de l'an- tenne tout en réduisant la longueur de l'antenne ANT. La figure 3 montre la structure de l'antenne réalisée selon la présente invention, dans laquelle l'antenne inven- tive est réduite à une longueur d'environ 11 cm (110,8 mm de long au maximum), ceci étant à comparer à l'antenne classique ayant une longueur de 16,7 cm. Cette longueur d'antenne est déterminée en recherchant l'abaque de Smith pour la résistance réelle R la plus élevée. La figure 4 est l'abaque de Smith pour déterminer l'in- ductance et la capacité de la bobine d'inductance L et du condensateur C constituant le circuit d'adaptation 30, afin de réaliser l'antenne ANT de 11 cm. Pour réaliser le circuit d'antenne selon l'invention, le concepteur de l'antenne devrait tout d'abord rechercher l'abaque de Smith de la figure 4 pour la valeur de résis- tance réelle de l'antenne ANT et la valeur de résistance réelle du module HF 10. En figure 4, une position "A" est une position correspondant à l'impédance de l'antenne ANT, o la composante de réactance est nulle et o n'existe que la composante de résistance réelle. Autrement dit, la posi- tion "A" est la position o l'antenne ANT de 11 cm est la moins sensible au corps humain et a une résistance réelle comprise entre 450 et 500 Q. La position "B" est une posi- tion correspondant à l'impédance du module HF 10. Ensuite, la valeur d'inductance et la valeur de capaci- té de la bobine d'inductance L et du condensateur C consti- tuant le circuit d'adaptation 30 seront déterminées afin d'adapter le module HF 10 et l'antenne ANT ayant des carac- téristiques d'impédance différentes. Les valeurs d'induc- tance et de capacité sont déterminées en amenant la posi- tion "A" à la position "B" sur l'abaque de Smith de la fi- gure 4 selon le principe d'adaptation. Autrement dit, pour amener la position "A" à la position "B", la position "A" devrait traverser le trajet sur l'abaque d'admittance et le trajet sur l'abaque d'impédance, le trajet (A -> C) sur l'abaque d'admittance représentant la valeur de capacité parallèle et le trajet (C -> B) sur l'abaque d'impédance représentant la valeur d'inductance série. En résultat, on détermine que le condensateur C a une capacité de 1 pF et que la bobine d'inductance L a une inductance de 24 mH. Egalement, dans la technique, la valeur de capacité et la valeur d'inductance du condensateur C et de la bobine d'inductance L constituant le circuit d'adaptation 30 sont déterminées respectivement par: Zi (= a x impédance caractéristique) = 1/WC = 1/2nfC... (1) Z2 (= D x impédance caractéristique) = oL = 2nfL... (2) o a désigne l'angle de circonférence de 0,3 o une po- sition "C" satisfait à l'abaque d'admittance, et p désigne l'angle de circonférence de 3 o la position "C" satisfait à l'abaque d'impédance. De plus, les impédances caractéris- tiques dans les équations (1) et (2) désignent l'impédance caractéristique de 50 Q du module HF 10 du téléphone por- table, et f désigne la fréquence de fonctionnement du télé- phone sans fil à 900 MHz. La figure 5 montre le graphique de rapport d'ondes sta- tionnaires mesuré lorsque le téléphone portable comprenant le circuit d'adaptation 30 selon la présente invention est séparé du corps humain, et la figure 6 montre le graphique de rapport d'ondes stationnaires mesuré lorsque le télé- phone portable est en contact avec le corps humain. Si l'on se réfère à la figure 5, le rapport d'ondes stationnaires du téléphone sans fil à 900 MHz est inférieur à 1,5 aux fréquences de fonctionnement de 914,8 MHz et de 959,5 MHz. Si l'on se réfère à la figure 6, le rapport d'ondes sta- tionnaires du téléphone sans fil à 900 MHz est inférieur à 1,8 aux fréquences de fonctionnement de 914,8 MHz et de 959,5 MHz. Autrement dit, le rapport d'ondes stationnaires mesuré lorsque le téléphone portable est en contact avec le corps humain est similaire au rapport d'ondes stationnaires mesuré lorsque le téléphone portable est séparé du corps humain. Par conséquent, on peut noter que la caractéristi- que de rapport d'ondes stationnaires est presque constante même si le téléphone portable vient en contact avec le corps humain. Comme décrit ci-dessus, le téléphone portable selon la présente invention a une caractéristique de rapport d'ondes stationnaires qui est presque constante même dans le cas o le téléphone portable est en contact avec le corps humain. Par conséquent, il est possible d'augmenter la zone de cou- verture du téléphone portable, de façon à améliorer par conséquent la qualité de communication. De plus, l'antenne peut avoir une longueur réduite à environ 11 cm, et elle peut donc être appropriée pour un téléphone portable de pe- tite taille. Bien que l'invention ait été montrée et décrite en se référant à une forme de réalisation préférée spécifique de celle-ci, les personnes ayant une bonne connaissance de la technique comprendront que différents changements de forme et de détails peuvent y être apportés sans s'écarter de l'esprit et de l'étendue de l'applicabilité de l'invention telle qu'elle est définie par les revendications jointes. REVENDICATIONS 1. Circuit d'antenne pour un téléphone portable, carac- térisé en ce qu'il comprend: un module HF (Haute Fréquence) (10) ayant une impédance de 50 Q; une antenne (ANT) ayant une impédance comprise entre 450 et 500 Q, pour rayonner un signal HF délivré en sortie dudit module HF (10) dans l'air et délivrer en sortie un signal HF capturé dans l'air audit module HF (10); et un circuit d'adaptation (30) connecté entre le module HF (10) et l'antenne (ANT) pour adapter la caractéristique d'impédance du module HF (10) à la caractéristique d'impé- dance de l'antenne (ANT), dans lequel ledit circuit d'adap- tation (30) comprend une bobine d'inductance (L) ayant une inductance de 24 mH connectée entre une sortie du module HF (10) et l'antenne (ANT) et un condensateur (C) ayant une capacité de 1 pF connecté entre l'antenne (ANT) et une masse, ledit condensateur (C) étant couplé en parallèle à ladite bobine d'inductance (L). 2. Circuit d'antenne selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite antenne (ANT) est une antenne mono- pôle demi-onde (X/2); 3. Circuit d'antenne selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite antenne (ANT) a une longueur de 11 cm. 4. Procédé pour réaliser un circuit d'antenne pour un téléphone portable comprenant un module HF (10) ayant une première impédance, une antenne (ANT) ayant une deuxième impédance et un circuit d'adaptation (30) connecté entre ledit module HF (10) et ladite antenne (ANT) pour adapter la première impédance à la deuxième impédance, ledit procé- dé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes sui- vantes: la recherche d'un abaque de Smith pour les valeurs de composante de résistance réelles de l'antenne (ANT) et du module HF (10), et la définition de la valeur de composante de résistance réelle de l'antenne (ANT) comme étant la va- leur d'une première position et de la valeur de composante de résistance réelle du module HF (10) comme étant la va- leur d'une deuxième position; la calcul d'une valeur de capacité parallèle et d'une valeur d'inductance série pour amener ladite première posi- tion vers ladite deuxième position en utilisant un abaque d'admittance et un abaque d'impédance de l'abaque de Smith, respectivement; et le couplage de la bobine d'inductance (L) ayant ladite valeur d'inductance calculée entre une sortie du module HF (10) et l'antenne (ANT), et le couplage du condensateur (C) ayant ladite valeur de capacité calculée entre l'antenne (ANT) et une masse, ledit condensateur (C) étant couplé en parallèle à ladite bobine d'inductance (L). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite première impédance est de 50 Q, et en ce que ladite deuxième impédance est comprise entre 450 et 500 Q. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite bobine d'inductance (L) a une inductance de 24 mH. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit condensateur (C) a une capacité de 1 pF. 8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite antenne (ANT) est une antenne monopole demi-onde (X/2) qui a une longueur de 11 cm.