Brevet FR2823018A1 — publié le 20021004

La présente invention a pour objet une antenne en forme général d'hélice accordée sur au moins deux bandes de fréquence distinctes. De façon plus précise, l'invention concerne une antenne en forme générale d'hélice utilisable en particulier dans le cas des radiotéléphones portatifs et qui permet un accord dans au moins deux bandes de fréquences distinctes et de préférence dans trois bandes de fréquences. Les radiotéléphones portatifs utilisent maintenant le plus souvent des antennes externes fixes constituées par un élément conducteur en forme d'hélice qui sert d'antenne pour des radiotéléphones, des agendas électroniques, des blocs : notes électroniques, etc. Les systèmes de radiotéléphone utilisent deux fréquences principales, d'une part le système dit GSM dont les fréquences de transmission et réception sont respectivement comprises entre 880-925 MHz et 935-960 MHz et le système DCS dont les fréquences de transmission et réception sont respectivement comprises entre 1710-1785 et 1805-1880 MHz. On comprend qu'il est intéressant de disposer de radiotéléphones pouvant fonctionner avec ces deux systèmes de transmission. Il est donc souhaitable de disposer d'antennes de type hélice qui puissent être accordées sur ses deux bandes de fréquences particulières. Les développements en cours utilisent pour des fonctions annexes telles que transmission d'informations avec des périphériques informatiques d'autres bandes de fréquences telles correspondant au Bluetooth dont les fréquences de travail sont de 2 400 MHz à 2 500 MHz. On comprend qu'il est donc également intéressant de disposer d'une seule antenne en forme d'hélice qui permette un accord sur les trois bandes de fréquences mentionnées ci-dessus. On a proposé dans le cas de deux bandes de fréquences d'utiliser une antenne en forme d'hélice qui comporte deux portions distinctes dans lesquelles l'hélice présente deux pas différents. On a également proposé d'utiliser des antennes du type hélice dans lesquelles une première portion de l'antenne est constituée par une première portion d'hélice de diamètre D1 et une deuxième portion de diamètre D2 distincte de D1. D'une part, ces antennes ne sont pas facilement utilisables dans le cas où elles doivent permettre de recueillir trois bandes de fréquences nettement distinctes. En outre, même dans le cas de seulement deux fréquences distinctes, la réalisation mécanique de ces antennes est relativement délicate du fait de la modification de pas ou de la modification de diamètre de l'hélice. En outre, il est nécessaire que la largeur de bande pour chaque bande de fréquences soit suffisante pour la réception et l'émission et il est nécessaire également que les performances de l'antenne soient suffisantes, notamment en ce qui concerne le ROS correspondant au rapport d'onde stationnaire, ce rapport étant également désigné par les initiales VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) en terminologie anglosaxonne. Un objet de la présente invention est de fournir une antenne du type hélice pouvant être accordée au moins sur deux bandes de fréquence distinctes et de préférence trois bandes distinctes qui présentent un ROS amélioré et qui soient d'une fabrication simplifiée. Pour atteindre ce but, selon l'invention, l'antenne hélice accordée sur au moins deux bandes de fréquences distinctes constituée par un unique élément filaire en matériau conducteur de l'électricité est caractérisée en ce que ledit élément filaire comporte une première portion en forme d'hélice, ladite première portion ayant une première extrémité raccordée à un circuit d'antenne et une deuxième extrémité, et une deuxième portion ayant une première extrémité raccordée à la deuxième extrémité de la première portion et une deuxième extrémité libre, ladite deuxième portion étant disposée à l'intérieur du volume limité par les spires de ladite hélice, ladite deuxième portion de l'élément filaire n'étant raccordée électriquement à ladite première portion que par sa première extrémité. Les inventeurs ont mis en évidence que la deuxième portion de l'antenne qui vient s'ajouter à la première portion en forme d'hélice permet effectivement d'obtenir une antenne accordée sur au moins deux bandes de fréquences distinctes et est également sur trois bandes de fréquences distinctes tout en permettant de maintenir un pas de l'hélice principale et/ou un diamètre de l'hélice principale constants sur toute la première portion de l'antenne formant l'hélice. La raison est que l'ensemble de la géométrie de l'antenne présente des bandes de fréquences réglées sur la fréquence fondamentale, la première et la deuxième harmonique. Cet ensemble géométrique diamètre de l'hélice, pas, diamètre du brin permettent de régler les écarts de fréquences entre la fondamentale et les harmoniques. On comprend également que, en adaptant la longueur, le diamètre et la forme de la deuxième portion d'antenne disposée à l'intérieur de la première portion en forme d'hélice, on peut obtenir non seulement l'accord dans deux et de préférence trois bandes de fréquences distinctes mais, de plus, d'assurer une largeur de bande suffisante et l'obtention d'un coefficient ROS satisfaisant. Selon d'autres modes de réalisation et dans des cas particuliers, il peut être intéressant de donner à la deuxième portion de l'élément filaire la forme d'une hélice de diamètre réduit disposée à l'intérieur de l'hélice principale formant l'antenne. Il est également possible dans certains cas particuliers de donner à l'hélice principale formant l'antenne un pas variable ou un diamètre variable, cependant ces dernières dispositions ne sont nullement nécessaires. 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 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation dans lequel la deuxième portion d'antenne est sensiblement rectiligne ; -la figure 2 montre une variante perfectionnée du mode de réalisation de la figure 1 avec deux diamètres différents et un pas constant ; -la figure 3 montre un deuxième mode de réalisation de l'antenne dans lequel la deuxième portion d'antenne a également la forme d'une hélice à pas constant et à diamètre constant ; - la figure 4 montre un troisième mode de réalisation de l'antenne dans lequel la deuxième portion d'antenne a la forme d'une hélice à pas variable ; - les figures 5 et 6 montrent des mesures faites à partir d'une antenne conforme à la figure 1 pour différentes valeurs de paramètres, ces courbes donnant la valeur du ROS et des pertes en retour exprimées en dB (Return Loss) RL en fonction de la fréquence ; - les figures 7 à 9 montrent des mesures faites à partir de l'antenne conforme à la figure 1 pour trois valeurs de fréquences les diagrammes donnent l'atténuation en fonction de l'angle ; et - la figure 10 montre un exemple de montage de l'antenne de la figure 1 dans un terminal mobile sans fil. En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire un premier mode de réalisation de l'antenne en forme d'hélice selon l'invention. Cette antenne est réalisée à partir d'un élément filaire unique conducteur de l'électricité qui est conformé pour constituer une première partie 12 ayant la forme d'une hélice à pas constant P, de diamètre constant D, d'axe de révolution XX'et de longueur L, selon la direction de l'axe XX'. Cette première portion 12 en forme d'hélice comporte une première extrémité 12a de raccordement au circuit d'antenne et une deuxième extrémité 12b. L'élément filaire constitue également une deuxième portion de l'antenne portant la référence générale 14, cette deuxième portion étant constituée par une portion coudée 16 et par une portion sensiblement rectiligne 18 s'étendant sensiblement selon l'axe XX' de l'hélice 12 et présentant une extrémité libre 18a. La partie sensiblement rectiligne 18 n'est pas nécessairement disposée selon l'axe XX'de l'hélice 12 mais elle ne doit avoir aucun point de contact avec cette hélice. Une antenne de ce type a été réalisée avec les caractéristiques suivantes : Longueur L de l'antenne 12,6 mm ; Diamètre D de l'antenne 5,25 mm ; Pas p de l'antenne 1,55 mm ; longueur ! de la portion repliée 16 : 7,6 mm ; diamètre du fil 0,5 mm. Dans un mode de réalisation perfectionné, la partie rectiligne 18 peut être revêtue par un manchon isolant diélectrique 20 recouvrant au moins une partie de la longueur de la portion 18 de l'antenne. Il faut également préciser que dans tous les modes de réalisation, la longueur 1 de la portion 18 selon l'axe XX'est toujours inférieure à la longueur L de l'hélice 12 selon cette même direction. Sur les figures 5 et 6, on a représenté le résultat des essais réalisés par l'antenne représentée sur la figure 1. Ces courbes fournissent le ROS en fonction de la fréquence, cette fréquence variant de 700 MHz à 2 500 MHz. Ces différentes courbes montrent que l'on obtient effectivement une résonance marquée pour des fréquences de l'ordre de 902 MHz, de 1 830 MHz et 2 475 MHz. Les diagrammes des figures 7 à 9 ont été tracés à partir de l'antenne décrite ci-dessus. Ils donnent l'atténuation en fonction de la direction de mesure par rapport à l'antenne pour des fréquences de 915 MHz, 1 850 MHz et 2 400 MHz. Les diagrammes montrent la qualité de l'antenne pour les trois fréquences bien qu'elles soient très différentes. Les essais effectués montrent que, en faisant varier la longueur 1 ou le diamètre de la portion 18 de l'antenne ou encore en recouvrant au moins une partie de cette portion avec un matériau isolant, on peut jouer sur les largeurs de bandes et la fréquence centrale de chaque bande de fréquence. Sur la figure 2, on a représenté une variante perfectionnée du mode de réalisation de la figure 1, dans laquelle la deuxième portion 18 de l'antenne est identique à celle de la figure 1, mais la première portion 12 est constituée par deux portions d'hélice 20 et 22 présentant respectivement des diamètres Di et D2. Ce mode de réalisation permet de disposer d'un nombre accru de paramètres de l'antenne permettant d'adapter de façon encore plus précise l'antenne aux différentes caractéristiques requises et notamment aux fréquences centrales des bandes passantes à la largeur de chaque bande et à la valeur du coefficient ROS. Sur la figure 3, on a représenté un autre mode de réalisation dans lequel la première partie 12 de l'antenne est également constituée par une hélice de diamètre constant D et de pas constant P. La deuxième partie de l'antenne référencée 14'comporte une portion coudée 16' raccordée à l'extrémité 12b et par une autre portion 22 qui est constituée par une deuxième hélice de pas P'et de diamètre d très inférieur au diamètre D de l'hélice 12. L'hélice 22 a de préférence comme axe, l'axe XX'de l'hélice principale 12. De la même manière, la longueur l'de l'hélice secondaire 22 selon la direction de l'axe XX'peut être adaptée tout comme le diamètre de l'hélice 22 qui vaut d, pour obtenir les bandes passantes souhaitées ainsi que les largeurs de bandes et le paramètre ROS. Dans le mode de réalisation de la figure 4, la première partie 12 de l'antenne en forme d'hélice est identique à celle de la figure 3, la deuxième portion d'antenne 14'comporte une portion coudée 16"et une autre portion 24 en forme d'hélice s'étendant selon l'axe XX', l'hélice 24 n'ayant aucun contact avec l'hélice 12 et présentant un diamètre qui va en diminuant depuis le point de raccordement 12b à l'hélice principale jusqu'à son extrémité libre 24a. Comme on l'a décrit précédemment, l'antenne conforme aux différents modes de réalisation est particulièrement bien adaptée à la réalisation d'une antenne unique pour traiter des signaux appartenant à trois bandes de fréquences très sensiblement distinctes. Il va cependant de soi qu'on ne sortirait pas de l'invention si cette antenne était utilisée pour recevoir seulement deux bandes de fréquences. Sur la figure 10, on a représenté un exemple de montage de l'antenne hélice représentée sur la figure 1 dans un terminal mobile sans fil. L'antenne 10 comporte une embase 30 qui est électriquement reliée à l'extrémité 12a de l'hélice externe 12 de l'antenne. Cette embase 30 est reliée à l'axe 32 d'un câble coaxial d'antenne 34. Le conducteur externe du câble 34 est relié à une pièce de mise à la masse 36, le plan de masse du radiotéléphone (non représenté sur la figure) étant enserré entre les écrous 38 et 40. Un connecteur 42 de câble coaxial permet de relier l'antenne 10 aux circuits du terminal. On comprend que, grâce à l'antenne selon l'invention qui peut recevoir ou émettre dans trois bandes de fréquences distinctes, il suffit d'une seule connexion d'antenne entre l'antenne unique et les circuits du radiotéléphone. Il faut ajouter que l'antenne décrite en liaison avec les figures 1 à 4 est particulièrement bien adaptée à son utilisation dans un radiotéléphone portatif. Il va cependant de soi qu'on ne sortirait pas de l'invention si cette antenne hélice multibande était utilisée dans un autre dispositif d'émission et de réception mettant en oeuvre une transmission d'informations par ondes hertziennes. REVENDICATIONS 1. Antenne hélice accordée sur au moins deux bandes de fréquences distinctes constituée par un unique élément filaire en matériau conducteur de l'électricité, caractérisée en ce que ledit élément filaire comporte une première portion en forme d'hélice, ladite première portion ayant une première extrémité raccordée à un circuit d'antenne et une deuxième extrémité, et une deuxième portion ayant une première extrémité raccordée à la deuxième extrémité de la première portion et une deuxième extrémité libre, ladite deuxième portion étant disposée à l'intérieur du volume limité par les spires de ladite hélice, ladite deuxième portion de l'élément filaire n'étant raccordée électriquement à ladite première portion que par sa première extrémité. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite deuxième portion de l'élément filaire comprend une partie coudée et une partie sensiblement rectiligne disposée à l'intérieur dudit volume. 3. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite partie sensiblement rectiligne s'étant sensiblement selon l'axe de ladite hélice. 4. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite deuxième portion comprend une première partie coudée et une deuxième partie en forme d'hélice dont le diamètre est inférieur à celui de l'hélice formant ladite première portion. 5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'hélice formant ladite deuxième partie de ladite deuxième portion présente un axe sensiblement confondu avec celui de l'hélice formant ladite première portion. 6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite deuxième partie de ladite deuxième portion a une longueur l, selon la direction de l'axe de l'hélice formant ladite première portion, qui est inférieure à la longueur L de ladite première portion selon la direction de l'axe de l'hélice qu'elle forme. 7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite deuxième partie de la deuxième portion de l'élément filaire est au moins partiellement recouvert d'un matériau isolant. 8. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit élément filaire a une section droite circulaire dont le diamètre est sensiblement constant sur toute sa longueur. 9. Antenne selon l'une quelconque des revendication 1 à 8, caractérisée en ce que le diamètre de l'hélice formant ladite première portion de l'élément filaire est sensiblement constant. 10. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le pas de l'hélice formant ladite première portion de l'élément filaire est sensiblement constant.