Brevet FR2825517A1 — publié le 20021206

La présente invention a pour objet une antenne à plaque et, plus particulièrement, un mode de réalisation de la liaison entre le conducteur d'antenne appelé le plus souvent"feeder"et l'élément radiant. Il existe de plus en plus de radiotéléphones portables ou plus généralement, de terminaux mobiles sans fil, qui utilisent comme antenne des antennes dites à plaque. Ces antennes peuvent être de plusieurs types, notamment des antennes à plaque du type patch ou patch à fente, ou bien des antennes du type PIFA. Dans tous ces types d'antennes, on trouve un plan de masse conducteur en regard duquel est disposée une plaque rayonnante ou, plus généralement, un élément radiant qui doit être relié par un conducteur au point d'alimentation (en terminologie anglo-saxonne"feeder"). Ce contact électrique entre le point d'alimentation et la plaque rayonnante doit être réalisé en matériau métallique conducteur de l'électricité et doit présenter d'excellentes caractéristiques élastiques même sous variations importantes de température afin d'assurer la fiabilité du radiotéléphone portatif ou du terminal mobile même en cas de chute de l'appareil ou dans des conditions d'utilisation extrêmes. Sur la figure 1 annexée, on a représenté sous une forme simplifiée une antenne à plaque constituée par le plan de masse 4 et la plaque rayonnante. L'alimentation d'antenne est constituée par un câble coaxial 6 dont le conducteur central 7 est relié mécaniquement à la plaque rayonnante et dont le blindage 8 est relié au plan de masse 4. Le câble coaxial 6 est connecté à des circuits électroniques de traitement 9 pour l'émission et la réception de signaux par l'antenne. Les circuits 9 comportent, le plus souvent, des composants d'adaptation d'impédance. Une autre difficulté apparaît dans le cas de ces antennes qui est que le point d'alimentation est généralement calculé à 50 Ohm d'impédance et il est donc nécessaire de prévoir en liaison avec l'antenne des composants d'adaptation d'impédance pour rendre celle-ci compatible avec le point d'alimentation. Un objet de la présente invention est de fournir une antenne du type à plaque, qu'il s'agisse d'une antenne en technologie PIFA ou en technologie patch dans laquelle les problèmes de liaison mécanique et électrique entre l'alimentation d'antenne et l'élément radiant sont résolus et dans laquelle les problèmes d'adaptation d'impédance sont également résolus. Pour atteindre ce but selon l'invention le système d'antenne du type à plaque comprend : - des moyens formant un plan de masse ; et - un élément radiant disposé en regard du plan de masse et à une distance prédéterminée du plan ; et il est caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - un composant passif disposé en regard dudit élément radiant, sans contact électrique direct avec celui-ci, pour réaliser un couplage électromagnétique entre ledit composant passif et ledit élément radiant, ledit composant passif étant isolé par rapport aux moyens formant plan de masse et étant reliable électriquement au point d'alimentation d'antenne. Par élément passif, il faut entendre une surface conductrice de l'électricité capable de réaliser un couplage électromagnétique avec l'élément radiant. Comme on l'expliquera ultérieurement, on peut associer à ce composant passif un composant actif, par exemple des circuits électroniques de filtrage et ou d'amplification. On comprend que, grâce aux dispositions de l'invention, il n'y a pas de contact physique, et donc pas de contact mécanique, entre l'élément radiant et le point d'alimentation d'antenne. La liaison entre ces deux parties de l'antenne est assurée par un couplage électromagnétique entre le composant passif et l'élément radiant. En outre, comme on l'expliquera ultérieurement, il est possible de disposer le composant passif par rapport à l'élément radiant de telle manière que l'on obtienne l'adaptation d'impédance souhaitée, par exemple à 50 Ohm sans qu'il soit nécessaire de prévoir de composants électroniques d'adaptation supplémentaires. De préférence, l'élément radiant est une plaque disposée en regard du plan de masse. Selon un premier mode de mise en oeuvre, l'élément passif réalise un couplage capacitif avec la plaque rayonnante. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, le composant passif réalise un couplage inductif entre l'alimentation d'antenne et la plaque rayonnante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1, déjà décrite, montre une antenne à plaque de type standard ; - la figure 2 est une vue simplifiée en coupe verticale d'une antenne PIFA conforme à l'invention ; - la figure 3A est une vue en coupe verticale d'une antenne patch conforme à l'invention ; - la figure 3B est une vue de dessus de l'antenne de la figure 3A ; -la figure 4 est une vue partielle en perspective d'une antenne avec un couplage capacitif du type PIFA en Dual Mode GSM et DCS ; -la figure 5 est une vue partielle en perspective d'une antenne conforme à l'invention avec couplage inductif ; et - la figure 6 montre pour une antenne conforme à la figure 4 la courbe donnant la perte en retour S11 (ou Return Loss) de cette antenne en fonction de la fréquence. Comme on l'a déjà expliqué, le principe de l'invention consiste à réaliser un couplage électromagnétique entre l'élément radiant de l'antenne ou de préférence la plaque rayonnante et un composant passif constitué par une surface conductrice de petite dimension par rapport à celle de la plaque rayonnante et disposée en regard de celle-ci sans contact électrique direct avec elle et donc sans liaison mécanique. Cette surface conductrice de superficie réduite, est reliée au point d'alimentation de l'antenne, c'est-à-dire à l'ensemble de traitement pour l'émission et la réception des informations reçues ou émises par l'antenne. En se référant tout d'abord à la figure 2, on va décrire un mode de réalisation de l'antenne conforme à l'invention dans la technologie PIFA. Sur cette figure, on retrouve le plan de masse 10, la plaque rayonnante 12 et le court-circuit électrique 14 entre le plan de masse 10 et la plaque rayonnante 12. Un composant passif 16 constitué par une plaquette métallique conductrice ou plan conducteur que l'on décrira plus en détail ultérieurement est relié électriquement au point d'alimentation de l'antenne, c'est-à-dire, dans ce mode de réalisation, au conducteur central 18 du câble coaxial d'antenne 20 qui est lui-même relié au circuit de traitement 22 d'émission et de réception. En plus du composant passif 16, il est possible de prévoir des composants actifs additionnels tels que 24 servant par exemple à mettre en oeuvre des fonctions de filtrage ou d'adaptation ou plus généralement de traitement du signal émis ou reçu. Dans ce mode de réalisation, le composant passif est couplé électromagnétiquement avec la plaque rayonnante 12, ce couplage comme on l'expliquera ultérieurement pouvant être du type capacitif ou du type inductif. Sur la figure 3A, on a représenté un mode de mise en oeuvre de l'invention dans le cas d'une antenne du type patch. On retrouve donc la plaque rayonnante 12, le plan de masse 10, la différence consistant dans le fait qu'il n'y a pas de court-circuit entre la plaque rayonnante et le plan de masse. On retrouve également le composant passif 16 constitué par une plaquette conductrice de faible dimension reliée au conducteur central 18 du câble coaxial d'antenne 20. Dans ce cas encore, le composant passif n'a aucun contact électrique direct et mécanique avec la plaque rayonnante 12, et le transfert de signaux entre l'alimentation d'antenne et la plaque rayonnante 12 est réalisé par couplage électromagnétique du type capacitif ou inductif. Sur la figure 3B, on a représenté partiellement l'antenne de la figure 3A en vue de dessus. Cette figure montre qu'il est possible de disposer le composant passif 16 par rapport à la plaque rayonnante 12 qui a, de préférence la forme d'un rectangle en un point A tel que l'adaptation d'impédance, par exemple à 50 Ohm, soit directement obtenue. Cette disposition qui peut, bien sûr, être également prévue dans le cas de l'antenne de la figure 2, permet d'éviter l'utilisation de composants électriques d'adaptation d'impédance. Sur la figure 4, on a représenté un mode de réalisation de l'antenne du type PIFA avec un couplage capacitif. Le composant passif est constitué par un plan métallique, par exemple, de forme générale circulaire 30. La distance h entre la plaquette 30 et le plan de masse 10 est égale à 2 mm alors que la distance H entre le plan de masse 10 et la plaque rayonnante 12 est égale à 5 mm. Dans ce mode de réalisation, les dimensions de la plaque rayonnante 12 sont de 41 mm x 28 mm et les dimensions du plan de masse sont de 51 mm x 30 mm. Le diamètre d du plan conducteur 30 est de préférence égal à 3 mm. On obtient un couplage capacitif entre le plan 30 et la plaque rayonnante 12. Sur la figure 5, on a représenté une antenne à plaque dépourvue de court-circuit avec couplage inductif. Dans ce mode de réalisation représenté, l'élément passif est constitué par une plaquette conductrice 32 reliée au plan de masse 10 par un court-circuit 34. Bien entendu, la plaquette 32 est reliée au conducteur central 18 du câble coaxial 20. La plaque rayonnante et le plan de masse ont les mêmes dimensions que dans l'exemple précédent. Le plan 32 est de préférence de forme rectangulaire et présente des dimensions égales à 8 mm et 14 mm. Les distances h et H sont les mêmes que dans le cas de la figure 4. Dans ce mode de réalisation à couplage inductif, l'ensemble constitué par le plan 32, le court-circuit 34 et la portion correspondante du plan de masse fonctionne comme un excitateur capable d'amorcer le couplage inductif entre lui-même et la plaque rayonnante lorsqu'il reçoit un signal par l'alimentation d'antenne. Ce mode de couplage inductif pourrait aussi bien être utilisé avec une antenne PIFA. La figure 6 montre que les essais faits avec l'antenne de la figure 4 produisent de très bons résultats. Cette courbe qui donne la perte en retour (S11) en fonction de la fréquence montre une résonance très nette pour 1,601 GHz. REVENDICATIONS 1. Système d'antenne du type à plaque comprenant : - des moyens formant un plan de masse ; et - un élément radiant disposé en regard des moyens formant un plan de masse et disposé à une distance prédéterminée du plan ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - un composant passif disposé en regard dudit élément radiant, sans contact électrique direct avec celui-ci, pour réaliser un couplage électromagnétique entre ledit composant passif et ledit élément radiant, ledit composant passif étant isolé par rapport aux moyens formant plan de masse et étant reliable électriquement au point d'alimentation d'antenne. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément radiant est une plaque rayonnante. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite plaque rayonnante est reliée électriquement auxdits moyens formant plan de masse. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite plaque rayonnante est reliée aux moyens formant plan de masse par un court-circuit. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit composant passif est constitué par un plan conducteur en regard de la plaque rayonnante et de dimensions très réduites par rapport à celles de la plaque rayonnante. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit couplage est du type inductif. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit couplage est du type capacitif. 8. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit élément passif est constitué par un plan conducteur relié électriquement au point d'alimentation de l'antenne et reliée aux moyens formant plan de masse par un court-circuit. 9. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit plan conducteur a sensiblement la forme d'un disque relié au point d'alimentation de l'antenne. 10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des éléments électriques actifs montés entre ledit composant passif et le point d'alimentation de l'antenne.