Brevet FR2828584A1 — publié le 20030214

z 15, caractérisé en ce que les commutateurs sont des diodes. La présente invention concerne un dispositif pour la réception et/ou l'émission de signaux électromagnétiques à diversité de rayonnement, ledit dispositif pouvant être utilisé dans le domaine des transmissions sans fil, notamment dans le cadre de transmissions dans s un milieu clos ou semi-clos tel que les milieux domestiques, les gymnases, les studios de télévision, les salles de spectacles ou similaires. Dans les systèmes connus de transmission sans fil à haut débit, les signaux transmis par l'émetteur atteignent le récepteur selon une pluralité de trejets. Lors de leur combinaison au niveau du récepteur, o les différences de phase entre les différents rayons ayant parcouru des trejets de longueur différente donnent lieu à une figure d'interférence susceptible de provoquer des évanouissements ou une dégradation importante du signal. D'autre part, I'emplacement des évanouissements change au s cours du temps, en fonction des modifications de l'environnement telles que la présence de nouveaux objets ou le passage de personnes. L'évanouissement du aux multitrejets peut entraner des dégradations importantes tant au niveau de la qualité du signal recu qu'au niveau des perform ances d u système. Pour l utter co ntre ces phéno mènes d'évanouissement, la technique la plus souvent utilisée est une technique mettant en _uvre la diversité spatiale. Comme représenté sur la figure 1, cette technique consiste entre autres à utiliser une paire d'antennes à large couverture spatiale telles que deux antennes du type fente 1,2 qui sont relices par des lignes d'alimentation 4,5 à un commutateur 3. Les deux antennes 1,2 constituées par des fentes annulaires sont espacées d'une longueur qui doit être supérieure ou égale à \0/2 o X0 est la longueur d'onde dans le vide correspondant à la fréquence de fonctionnement de l'antenne. D'autre part, les lignes d'alimentation 4,5 sont dimensionnées de telle sorte qu'elles coupent la fente de l'antenne alimentée par fente à une longueur km/4 de son extrémité et qu'elles soient connectées au commutateur 3 par une longueur de ligne égale à k'\m/2 o m est la longueur d'onde guidée sous la ligne à la fréquence centrale de fonctionnement avec m=\O/lereff. o kO est la longueur d'onde dans le vide et sreff. Ia permittivité effective sous la ligne, k et k' étant des s entiers avec k impair. Les antennes de type fente peuvent aussi être remplacées par des antennes de type pastille ou " patch ". Avec ce type de dispositif, on peut montrer que la probabilité que les deux antennes se trouvent simultanément dans un évanouissement est très faible. La démonstration o résulte notamment de la description donnée dans " Wireless digital communications " Dr Kamillo Feher, Chapitre 7: " Diversités techniques for mobile wireless radio systems ". On peut aussi le démontrer par un pur calcul de probabilité avec pour hypothèse que les niveaux reçus par chaque antenne sont complètement indépendants. Grâce au commutateur 3, il est possible de sélectionner la branche relice à l'antenne présentant le niveau le plus élevé en examinant le signal reçu par l'intermédiaire d'un circuit de contrôle non-représenté. En effet, comme les deux antennes 1,2 sont suffisamment espacoes, on obtient deux réponses canal décorellées. Il est ainsi possible de commuter sur la meilleure des deux antennes et de réduire ainsi de manière importante la probabilité de se trouver dans un évanouissement. La présente invention a pour but de proposer une solution alternative aux solutions classiques uti lisant la diversité spatiale tel le q ue la solution décrite ci-dessus. La présente invention a donc pour objet un dispositif pour la réception et/ou l'émission de signaux comportant au moins deux moyens de réception et/ou d'émission d'ondes électromagnétiques du type antenne alimentée par fente et des moyens pour connocter lesdits moyens de réception et/ou d'émission à des moyens d'exploitation des signaux, caractérisé en ce que: les moyens de réception et/ou d'émission d'ondes électromagnétiques sont symétriques par rapport à un point et, en ce que, les moyens de connexion sont constitués par des lignes d'alimentation couplées électromagnétiquement avec les fentes des antennes alimentées par fente, reliées d'un côté à une ligne d'alimentation commune se trouvant dans un plan passant par le point de symétrie et, de l'autre, à un composant électronique permettant de simuler un court-circuit ou un circuit ouvert au bout d'une des lignes et un circuit ouvert ou un court-circuit au bout de l'autre ligne. 0 La solution décrite ci-dessus donne une nouvelle topologie d'antenne fonctionnant selon le principe d'une diversité de rayonnement. Elle est basée sur la commutation d'éléments rayonnants omnidirectionnels placés à proximité les uns des autres. Selon un mode de réalisation, les moyens de réception et/ou d'émission d'ondes électromagnétiques du type antenne alimentée par fente, so nt constitués par d es fentes résonn antes réal i sées en technologie imprimée ou coplanaire. Les fentes sont de forme annulaire, carrée ou rectangulaire ou sont formées par des dipôles. Selon une variante, les fentes sont munies de moyens permettant le rayonnement d'une onde polarisée circulairement. D'autre part, conformément à la présente invention, si le composant électronique assurant la commutation est parfait, à savoir si il présente un court-circuit et un circuit ouvert parfait, la longueur de la ligne d'alimentation entre le composant électronique et la fente couplée électromagnétiquement à ladite ligne est égale, à la fréquence centrale de fonctionnement à km/4 o m = ?O/;sreff. avec kO la longueur d'onde dans le vide, sreff. Ia permittivité effective sous la ligne et k un entier impair. Si le composant électronique n'est pas parfait, la longueur de ligne doit être adaptée pour tenir compte des éléments parasites. Selon un mode de réalisation préférentiel, le composant électronique est constitué par une diode, un commutateur électronique, r un transistor ou tout circuit de commutation tels que les systèmes micro- électromécaniques connus sous le terme anglais " Micro-Electro- Mechanical sytems " ou MEMs. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention s appara^'tront à la lecture de la description de différents modes de réalisation, cette description étant faite avec référence aux dessins ci- annexés dans iesquels: La figure 1 déjà décrite est une vue en plan schématique d'un dispositif d'émission/réception à diversité spatiale conforme à la présente o invention. La figure 2 est une vue en plan schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'émission/réception conforme à la présente invention. La figure 3 est une vue en plan de dessus de la maquette utilisée pour simuler un dispositif selon la figure 2. Les figures 3a, 3b et 3c représentent le rayonnement du dispositif de la figure 3 selon trois états de fonctionnement des antennes. La figure 4 représente une vue en plan schématique d'un autre mode de réalisation d'un dispositif d'émission/réception conforme à la o présente invention. Les figures 5 et 6 représentent deux variantes schématiques en plan permettant un fonctionnement en polarisation circulaire. La figure 7 représente une vue schématique en plan d'un autre mode de réalisation d'un dispositif d'émission/réception conforme à la présente invention utilisant une technologie coplanaire. La figure 8 représente une vue en plan d'encore un autre mode de réalisation d'un dispositif d'émission/réception conforme à la présente invention. On décrira tout d'abord un premier mode de réalisation pour la so réception et/ou l'émission de signaux électromagnétiques à diversité de rayonnement, conforme à la présente invention. C Comme représenté sur la figure 2, ce dispositif pour la réception et/ou l'émission de signaux réalisé en technologie imprimée est constitué de deux éléments du type antenne alimentée par fente formée des fentes annulaires 10 et 11, ces deux fentes étant symétriques par s rapport à un plan P et étant cotangentes en un point Po dans le mode de réalisation représenté. Conformément à la présente invention, pour obtenir une diversité de rayonnement, les deux fentes annulaires sont agencoes de manière, soit à se recouvrir comme dans le mode de réalisation o représenté, soit à être détachées mais placées très proches l'une de l'autre. De préférence, la longueur extrême entre les deux antennes du type antenne alimentée par fente est égale à 2 x s/n o s est la longueur d'onde guidée dans la fente à la fréquence de fonctionnement. Comme représenté sur la figure 2, les deux antennes du type s fente annulaire 10 et 1 1 sont alimentées par des lignes d'alimentation réalisoes en technologie microruban. De manière classique, elles sont alimentées par deux lignes microruban 12,13 dimensionnées de manière à être égales à km/4 o m = X0/>lereff. avec ?0 Ia longueur d'onde dans le vide à la fréquence centrale de fonctionnement, creff. Ia permittivité effective sous la ligne et k un entier impair. Les deux lignes microruban 1 2,1 3 sont situées de part et d'autre du plan de contact P des deux fentes 10,12 et se prolongent vers l'intérieur de la fente. Elles sont alimentées par une ligne commune 14 dont les dimensions sont définies de manière à réaliser l' adaptation de la structure. La l igne d'alimentation 14 est centrée sur le plan P et disposée perpendiculairement aux lignes 12,13. La ligne d'alimentation 14 est connectée à son autre extrémité à des moyens d'alimentation et d'exploitation des signaux symbolisés par l'élément 17. Ces moyens sont constitués de manière connue par des moyens d'émission et de réception. o Conformément à la présente invention et comme représenté sur la figure 2, le couplage ligne microruban/fente est commandé par des diodes 1 5,1 6 connectées de manière spécifique à l'extrémité des deux lignes d'alimentation 12,13. Ainsi, la diode 15 est connectée en inverse entre l'extrémité de la ligne d'alimentation 13 et la masse, tandis que la diode 16 est connectée en direct entre l'extrémité de la ligne d'alimentation et la masse. Ce type de connexion spécifique des diodes permet d'obtenir, en supposant que les deux diodes 15 et 16 sont identiques et présentent une tension de polarisation V1 supérieure à 0, trois états de fonctionnement du dispositif en fonction de la tension de polarisation amence par la ligne d'alimentation 14. o Etat 1: si la tension de polarisation v est choisie telle que v >V1, dans ce cas, la diode 15 est passante tandis que la diode 16 est bloquce. De ce fait, la fente annulaire 11 est excitée de manière privilégiée tandis que la fente annulaire 10 fait plutôt office de réflecteur. Dans ce cas, on obtient un diagramme de rayonnement tel que s celui représenté sur la figure 3a. Il s'incline dans la direction opposée à la fente annulaire 11. Etat 2: la tension de polarisation v est telle que v 10 est excitée tandis que la fente annulaire 11 fait office de réflecteur. On obtient donc un diagramme de rayonnement tel que représenté à la figure 3b qui s'incline dans la direction opposée à la fente 10. Etat 3: la tension de polarisation est égale à 0. Dans ce cas, les deux diodes 15 et 16 sont bloquées, les deux fentes annulaires 10,1 1 sont excitées simultanément, avec des champs électriques parallèles et de sens opposés. Le diagramme rayonnant résultant est celui représenté à la figure 3c. Les diagrammes rayonnants des figures 3a et 3b ont été obtenus à l'aide d'une maquette telle que représentée à la figure 3. Cette so maquette représente un dispositif d'émission et/ou réception du type de celui de la figure 2. Elle comporte deux fentes annulaires 1 0, 11 cotangentes en Po. Les fentes annulaires présentent un rayon R = 6,5 mm et une largeur Ws = 0,4 mm. Elles sont alimentées par deux lignes d'alimentation 12,13 identiques de longueur Lm = 5,75 mm et de largeur 0,3 mm. Elles sont reliées au niveau du point Po à une ligne d'alimentation 14 présentant une longueur Lm' = 3,6 mm et une largeur Wm' = 0,3 mm suivi d'une longueur d'adaptation Lm" = 7,5 mm avec une largeur Wm' = 0,25 mm. Les diodes 15,16 sont reliées à la masse par deux trous métallisés de rayon r = 0,4 mm, implantés côté ligne sur une base rectangulaire métallique de dimensions h = 3mm et D = 1,5 o mm. Les tests réalisés sur cette maquette font appara^'tre une diversité de rayonnement comme mentionné ci-dessus. Ainsi, avec un dispositif tel que représenté sur la figure 2, il est possible de réaliser une commutation sur trois diagrammes de rayonnement sensiblement différents. On obtient donc une antenne avec une diversité de rayonnement d'ordre 3 améliorant ainsi de manière significative la qualité de la liaison sans fil. Cette solution donne une antenne de faible encombrement nécessitant seulement l'utilisation de deux diodes ou éléments de commutation similaire tel que des MEMs pour le contrôle du diagramme. On décrira maintenant avec référence aux figures 4 à 6, différents modes de réalisation d'un dispositif conforme à la présente invention, réalisé en technologie imprimée. Ainsi, comme représenté sur la figure 4, les moyens d'émission/réception du type antenne alimentée par fente sont constitués par deux fentes 20,21 de forme carrée, symétrique par rapport à un point P0. Conformément à la présente invention, les deux antennes ,21 sont alimentées par deux lignes d'alimentation 22,23 partant du point PO vers l'intérieur de l'antenne constituée par une fente de forme carrée et présentant, de manière connue, une longueur égale à km/4 o ?m = X0/> lereff. avec X0 la longueur d'onde dans le vide à la fréquence centrale de fonctionnement, sreff. Ia permittivité effective de la ligne et k un entier impair. A l'extrémité de chaque ligne d'alimentation 23,22 est prévue respectivement une diode 25,26 montée de manière identique au mode de réalisation de la figure 2. A savoir la diode 25 est montée en inverse entre l'extrémité de la ligne 23 et la masse, tandis que la diode 26 est montée en direct entre l'extrémité de la ligne 22 et la masse. Les deux lignes d'alimentation 22,23 sont reliées à une ligne d'alimentation commune 24 au niveau du point PO. La ligne d'alimentation 24 o perpendiculaire aux deux lignes d'alimentation 23,22 se trouve dans le plan de symétrie P' et présente des dimensions assurant l'adaptation au circuit d'émission/réception non représenté. On décrira maintenant avec référence aux figures 5 et 6, deux autres modes de réalisation des dispositifs d'émission/réception s conformes à la présente invention. Dans ce cas, les antennes du type antenne alimentée par fente permettent le rayonnement d'une onde polarisée circulairement. Dans le mode de réalisation de la figure 5, les antennes sont constituées par des fentes annulaires 30,31 symétriques par rapport à un plan passant par le point de contact. De manière connue, pour réaliser une polarisation circulaire, les fentes 30,31 sont munies d'encoches 30',31' diagonalement opposées. Conformément à la présente invention, les antennes 30,31 sont alimentées par des lignes d'alimentation 32,33,34 présentant les mêmes caractéristiques que les lignes d'alimentation 12,13,14 de la figure 2. D'autre part, les lignes d'alimentation 32,33 sont connectées à des diodes 36,35 montées entre l'extrémité de la ligne d'alimentation et la masse, de la même manière que les diodes 15,16 dans le mode de réalisation de la figure 2. En conséquence, le fonctionnement du dispositif de la figure 5 sera identique au fonctionnement du dispositif de la figure 2 et l'on obtiendra trois états selon la tension de polarisation appliquée sur les diodes. Sur la figure 6, on a représenté un autre mode de réalisation d'antennes permettant une polarisation circulaire. Dans ce cas, les s antennes sont constituées par deux fentes rectangulaires 40,41 symétriques par rapport à un de leurs sommets S. Conformément à la présente invention, les antennes 40,41 sont alimentées par des lignes d'alimentation microruban 42,43,44, comme dans le mode de rénlisation de la figure 4. A l'extrémité des lignes d'alimentation 42,43 sont 0 connectées respectivement des diodes 46,45 de la même manière que dans le mode de réalisation de la figure 4. Sur la figure 7, on a représenté un dispositif d'émission/réception conforme à la présente invention, réalisé en technologie coplanaire. Dans ce cas, les antennes sont constituées par s deux antennes 50,51 réalisoes en technologie coplanaire. Ainsi, sur un substrat, a été déposoe une couche métallique A dans laquelle ont été réalisoes deux fentes annulaires 50,51 cotangentes au niveau du point B. Dans ce cas, les lignes d'alimentation sont constituées par une ligne coplanaire comportant un élément de ligne 52 et un élément de ligne 53 présentant chacun une longueur égale à km/4 avec m et k ayant des valeurs identiques à ce qui a été mentionné ci-dessus, ceci dans le cas o le composant de commutation est parfait. Conformément à la présente invention, I'extrémité des deux éléments de ligne 52,53 est relice à la masse formée par la couche s métallique A par des diodes 56,55 connectées de manière spécifique. Les deux éléments de ligne coplanaire 52,53 sont reliés à une ligne d'alimentation perpendiculaire 54 selon un plan passant par le point B. cette ligne étant réalisoe elle aussi en technologie coplanaire. On décrira maintenant avec référence à la figure 8, encore un autre mode de réalisation de la présente invention. Dans ce cas, les deux antennes sont constituées par des dipôles symétriques par rapport à un plan P1. Dans ce cas, les deux antennes sont constituces par des dipôles ,61 en forme de T dont les branches du T présentent une longueur proche de X0/2 o ?0 est la longueur d'onde dans le vide. chaque branche du T est munie en son milieu d'une fente 60',61'. Chaque dipôle s est alimenté par couplage électromagnétique par une ligne d'alimentation 62,63 réalisoe en technologie imprimée. Les lignes d'alimentation 62 et 63 sont toutes deux connectées à une ligne d'alimentation commune 64 se trouvant dans le plan de symétrie P1. Les lignes d'alimentation 62,63 présentent une longueur jusqu'à la fente 60',61' égale à ?m/2 puis se o prolonge au-delà de la fente par une longueur de la ligne d'alimentation égale à ?m/4 o ?m est la longueur d'onde guidée dans la ligne microruban, ceci dans le cas o le composant de commutation est parfait. Conformément à la présente invention, aux extrémités des deux lignes d'alimentation 62,63 sont prévues des diodes 65,66 connectées de manière identique aux autres modes de réalisation. Ainsi, la diode 65 est connectée en inverse entre l'extrémité de la ligne d'alimentation 62 et la masse tandis que la diode 66 est connectée en direct entre l'extrémité de la ligne d'alimentation 63 et la masse. Comme représenté sur la figure, les lignes d'alimentation 62 et 63 sont couplées électromagnétiquement avec les fentes 60',61' à une distance s/4 du fond de l'extrémité intérieure desdites fentes. D'autre part, dans le mode de réalisation représenté, les lignes d'alimentation 62,63 se trouvent à une distance s/10 de l'extrémité du dipôle. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour la réception et/ou l'émission de signaux comportant au moins deux moyens de réception et/ou d'émission d'ondes électromagnétiques du type antenne alimentée par fente (10,11; 20,21; ,31; 40,41; 50,51; 60,61) et des moyens pour connocter lesUits moyens de réception et/ou d'émission, à des moyens d'exploitation des signaux, caractérisé en ce que les moyens de réception et/ou d'émission d'ondes o électromagnétiques sont symétriques par rapport à un point, et en ce que les moyens de connexion sont constitués par des lignes d'alimentation (12,13; 22,23; 32,33; 42,43; 52,53; 62,63) couplées électromagnétiquement avec les fentes des antennes alimentées par fente, relices d'un côté à une ligne d'alimentation commune (14,24,34,44,54,64) se trouvant dans un plan passant par le point de symétrie et de l'autre à un composant électronique (15,16; 25,26; ,36; 45,46; 55,56; 65,66) permettant de simuler un court-circuit ou un circuit ouvert au bout d'une des lignes et un circuit ouvert ou un court-circuit au bout de l'autre ligne. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réception et/ou d'émission d'ondes électromagnétiques du type antenne alimentée par fente sont constitués par des fentes résonnantes réalisoss en technologie imprimée ou coplanaire. s 3 - Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les fentes sont de forme annulaire, carrée ou rectangulaire ou sont formées par des dipoles (60,61). 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fentes sont munies de moyens r permettant le rayonnement d'une onde polarisée circulairement (30',31';.40,41). - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la longueur de la ligne d'alimentation entre le composant électronique parfait et la fente couplée électromagnétiquement à ladite ligne est égale à la fréquence centrale de fonctionnement, à km/4 o m = kO/ 0 impair. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la ligne d'alimentation est réalisée en technologie microruban ou en technologie coplanaire. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le composant électronique est constitué par une diode, un commutateur électronique, un transistor, un système micro-