Brevet FR2840457A1 — publié le 20031205

:. La presente invention concerne une antenne multi-frequence integree pour telephone mobile. Une antenne de ce type est deja decrite dans un document intitule "Dual Frequency Planar Inverted-F Antenna " public dans IEEE Transcations on antennas and Propagation, vol 45, No 10 d'octobre 1997 au nom de Zi Dong Liu and all. Une telle antenne, montree a la Fig. la, est constituee d'un element radiatif plan 100 conducteur electrique place a distance _ d'un plan de masse M egalement conducteur electrique sensiblement parallelement a celui-ci. L'element radiatif 100 est divise par une fente 200 en deux zones distinctes 101 et 102 dont chacune d'elles est alimentee par un plot d'alimentation 101a et 102a traversant le plan de masse M. Par ailleurs, chaque zone 101, 102 de ['element radiatif 100 est reliee au plan de masse M par un plot conducteur 101b, 102b dit par la suite plot de masse. Le mode de resonance d'une telle antenne est un mode quart d'onde. Par consequent, on peut dire que la frequence haute est determinee par les dimensions de 1S la zone 101 alors que la frequence basse est determinee par les dimensions de la zone 102. La distance _ entre ltelement radiatif 100 et le plan de masse M est un parametre dans la determination de la bande pas sante a chaque frequence de resonance al ors que la distance qui separe un plot d'alimentation 101a, 102a au plot de masse correspondent est un autre parametre dans la determination de ['impedance de l'antenne a chaque frequence de resonance. On a pu montrer que la frequence de resonance d'un element radiatif plan rectangulaire est approximativement donnee par la relation: f = C x,: ou C est la celerite de la lumiere, a et b les largeur et longueur de ['element radiatif plan rectangulaire considere et [:r est la pennittivite du milieu qui se trouve entre ['element radiatif et le plan de masse. En ce qui concerne chaque zone 101 et 102 de ['element radiatif 100 de 1'antenne qui est representee a la Fig. la, cette relation est approximative car des distorsions y vent introduites notamment parce que les zones 101 et 102 vent couplees entre elles au niveau de la fente 200, couplage qui depend entre autre de la largeur de la fente 200. Dans le meme document, il est egalement mentionne une antenne du meme type que precedemment mais qui ne comporte qu'un seul plot d'alimentation. Une telle s antenne est representee a la Fig. lb ou l'on peut voir que, du fait que la fente 200 ne debouche que sur un seul bord de ['element radiatif 100, les zones 101 et 102 ont une partie commune 103 ou vent prevus, d'une part, les plots de masse 101b et 102b et, d'autre part, ['unique plot d'alimentation 1 03a. On notera qu'une telle antenne pourrait ne comporter qu'un seul plot de masse au lieu de deux. Dans le document mentionne ci-dessus, il est montre qu'une telle antenne presente les memes caracteristiques que celle qui est representee a la Fig. la. On a egalement pu montrer que pour une tel le antenne, l e s emplacements du plot d'alimentation et du ou des plots de masse vent relativement indifferents sur son fonctionnement. Ce qui ne l'est pas, par contre, c'est la distance qui separe le plot d'alimentation du ou des plots de masse et qui est determinante dans la valeur de ['impedance de l'antenne a chaque frequence de resonance. On notera que differentes formes peuvent etre envisagees a ['element radiatif 100 ainsi qu'a la fente 200 sans pour que cela altere radicalement son fonctionnement. Par exemple, I'element radiatif 100 pourrait etre circulaire, ovale, voire ovoide, etc. et la fente 200 pourrait etre simplement droite, ou courbee, ou autre. Une telle antenne pose le probleme de son accord a chacune des frequences de resonance car ce vent la position de la fente 200 dans 1'element radiatif 10, les longueurs de branches qui constituent cette fente 200 ainsi que sa largeur qui determinant ses frequences de resonance. On a done cherche a ameliorer ce type d'antenne de maniere a faciliter son accord. Une antenne selon ['invention est done une antenne multi-frequence du type PIFA comprenant un element radiatif place a distance d'un plan de masse, ledit element radiatif comportant au moins une liaison audit plan de masse et un point d'alimentation et etant pourvu d'au moins une fente dont une extremite se trouve sur un bord audit element radiatif, dont l'autre extremite se trouve a l'interieur audit element radiatif et dont la forme est telle qu'elle delimite sur ledit element radiatif une zone convexe, ladite antenne etant alors le siege de plusieurs frequences de resonance. Pour resoudre le probleme mentionne ci-dessus, elle est caracterisee en ce que ladite ou chaque fente comprend au moins une excroissance. Dans un premier mode de realisation de ['invention, ladite ou chaque fente comprend a son extremite qui se trouve a l'interieur audit element radiatif, une excroissance de dimension plus importante que la largeur de ladite fente. Avantageusement, ladite excroissance presente un bord qui est sensiblement parallele au bord le plus proche audit element radiatif. Une antenne selon ['invention peut egalement etre comme definie ci-dessus mais audit type aussi dont ['element radiatif est de forme sensiblement rectangulaire, ladite S ou au mo ins une fente comp ortant, d'une part, une branche course qui e st s en sib l ement perpendiculaire a un bord de ltelement radiatif et dont une extremite se trouve sur ledit bord et, d'auke part, une branche plus longue qui est sensiblement parallele audit bord de ltelement radiatif et qui se raccorde a l'autre extremite de la partie course. Wile est alors caracterisee en ce que ladite fente comprend a son extremite qui se trouve a l'interieur audit element radiatif, une excroissance dont un bord est sensiblement parallele au bord de ['element radiatif adjacent au bord ou se trouve la premiere extremite de ladite fente. Avantageusement, ladite excroissance est de forme sensiblement rectangulaire, voire carree. Dans un second mode de realisation de ['invention, ladite ou au moins une fente comprend une excroissance se presentant sous la forme d'une fente s'etendant a partir de la premiere fente dans une zone complementaire de ladite zone convexe delimitee par ladite fente. Lorsque ladite antenne est audit type dont ladite ou au moins une fente comportant, d'une part, une branche course qui est sensiblement perpendiculaire a un bord de ['element radiatif et dont une extremite se trouve sur ledit bord et, d'autre part, une branche plus longue qui est sensiblement parallele audit bord de ['element radiatif et qui se raccorde a l'autre extremite de la partie course, elle est alors caracterisee en ce que ladite fente comprend une excroissance se presentant sous la forme d'une fente s'etendant a partir de ['intersection entre les parties course et longue de la fente. Une antenne selon ['invention est egalement du type dont le point de masse est proche de l'extremite debouchante de la fente sur une partie audit element radiatif opposee par rapport a la fente a ladite zone convexe delimitee par ladite fente, ledit point d'alimentation se trouvant a distance du point de masse de maniere a adapter ['impedance de ladite antenne. Les caracteristiques de ['invention mentionnees ci-dessus, ainsi que d'autres, apparatront plus clairement a la lecture de la description suivante d'un exemple de realisation, ladite description etant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: Les Figs. la et lb vent des vues en perspective d'antenne du type PIFA selon l'etat de la technique, Les Figs. 2a a 2c vent des vues en plan de trots modes de realisation d'antennes du type PIFA multifrequences selon la presente invention, La Fig. 3 est un graphe montrant ['influence de la surface d'une excroissance a l t extremite d' une fente d ' une antenne se lon la pres ente invention, La Fig. 4 est un graphe montrant ['influence d'une dimension d'une excroissance a l'extremite d'une fente d'une antenne selon la presente invention, La Fig. S est un graphe montrant ['influence d'une dimension d'une excroissance se presentant sous la forme d'une autre fente s'etendant a partir de la fente d'une antenne selon la presente invention, La Fig. 6 est un autre mode de realisation de la presente invention ou ltelement radiatif est ovale, voire ovode, et La Fig. 7 est un autre mode de realisation de la presente invention a plusieurs fentes. Les antennes qui vent representees aux Figs. 2a a 2c vent essentiellement constituees d'un element radiatif 10 plan conducteur electrique qui est monte parallelement a un plan de masse (non represente) egalement conducteur electrique a une distance de celui-ci determinee en fonction notamment de la bande passante qui est desiree pour chaque frequence de resonance. Un dielectrique peut etre place entre ['element radiatif 10 et le plan de masse. L'element radiatif 10 est dans l'exemple de realisation represente sensiblement rectangulaire. Il est divise au moyen d'une fente 20 constituee d'un isolant electrique (ici ['absence du materiau conducteur constituent ['element radiatif 10). Cette fente 20 comporte une partie course 20a qui est sensiblement perpendiculaire a un bord 1 Oa de ltelement radiatif 10 et dont une extremite debouche sur ce bord lOa. Wile comporte encore une partie plus longue 20b qui est sensiblement parallele au bord lOa de ['element radiatif 10 et qui se raccorde a l'autre extremite de la partie course 20a en formant un coude 20c. La fente 20 delimite, sur ['element plan radiatif 10, une zone ll sensiblement circonscrite par la fente 20 et un bord lOa de ['element radiatif 10 et une zone 12 delimitee par les trots autres bords lOb a lOd de ['element radiatif 10 et la fente 20. Les zones 11 et 12 ont une zone commune 13. De maniere generale, pour un bon fonctionnement d'une antenne selon ['invention, la zone 11 devra etre une zone convexe, la zone 12 etant complementaire de la zone 11. L'element radiatif 10 est relic au plan de masse par un plot de masse 32 situe en un point de ['element radiatif 10 proche de ltextremite debouchante de la fente 20 et oppose, par rapport a la fente 20, a la zone convexe 11 de ['element radiatif 10 circonscrite par la fente 20. I1 est egalement alimente par un plot d'alimentation 31 situe en un point de la zone 12 de ltelement radiatif 10 relativement voisin du plot de masse 32, egalement voisin du coin de ['element radiatif 10 oppose a la zone convexe 11. Dans cette confguration du plot de masse 32 et du plot d'alimentation, on a pu montrer que une telle antenne est une antenne bi- frequence dont la frequence basse est essentiellement determinee par les dimensions des zones 11 et 12 alors que la frequence haute est essentiellement determinee par les dimensions de la seule zone 11. Dans le premier mode de realisation represente a la Fig. 2a, l'antenne representee a sa fente 20 qui comporte, a son extremite qui se trouve a l'interieur audit element radiatif 10, une excroissance 40 de dimension plus importante que la largeur de ladite fente. Ainsi, la zone 13 commune aux deux zones 11 et 12 est en quelque sorte pincee par ltexcroissance 40. On a pu obtenir de bons resultats avec diverges formes pour l'excroissance 40, mais les meilleurs resultats vent obtenus lorsque l'excroissance 40 presente une forme avec un cote 40d parallele au bord 10b le plus proche de ['element radiatif 10. Plus particulierement, une forme rectangulaire, voire carree, est avantageuse car notamInent relativement simple a realiser. Dans l'exemple de realisation represente, ce carre est tel que deux de ses cOtes 40a et 40b s'etendent dans la direction de la branche 20b, les deux autres 40c et 40d dans une direction perpendiculaire a la branche 20b, mais parallelement a un bord 10b de ltelement radiatif 10. L'objet de cette excroissance 40 est d'abaisser la frequence la plus haute comme cela est visible sur la Fig. 3. Sans excroissance, la frequence haute est d'environ 1,15Fo ou Fo est une frequence de reference arbitrairc alors qu'elle est touj ours inferieure en presence d'une telle excroissance 40. On peut egalement constater sur cette Fig. 3 que plus la surface de cette excroissance est importante, plus la diminution de frequence [test. A la Fig. 4, on peut constater egalement que plus la dimension de l'excroissance qui est perpendiculaire a la fente est forte, plus l'abaissement de frequence est important. On a pu constater que, de maniere generale, plus la longueur de la zone 13 communes aux deux zones 11 et 12 delimitees par la fente 20 est importante et plus son epaisseur est faible, plus important est l'abaissement de la seule frequence haute de l'antenne. On appelle "longueur de la zone commune 13" la dimension de cette zone 13 qui s'etend de la zone convexe 11 a la zone complementaire 12 et "epaisseur de la zone commune 13" la dimension qui s'etend entre le bord 10b de 1'element radiatif 10 et l'excroissance 40. On pense que l'effet de cette excroissance 40 est de modifier, selon ses formes et dimensions, la valeur de la self que constitue la zone commune 13 et d'ainsi modifier la frequence haute de resonance de l'antenne. A la Fig. 2b, on a represente un autre mode de realisation d'une antenne selon ['invention. La fente 20 de l'antenne, selon ce mode de realisation, comprend une excroissance 50 se presentant sous la forme d'une fente qui s'etend a partir de la premiere fente 20 a l'interieur de la zone 12 delimitee par la fente 20 et complementaire de la zone convexe 11. Dans l'exemple de realisation represente, la fente 20 comporte, a l'instar de l'exemple de realisation precedent, une partie course 20a dont une extremite debouche sur ce bord 1 Oa et une partie plus longue 20b qui se raccorde a l'autre extremite de la partie course 20a en formant un coude 20c. A la Fig. 2b, l'excroissance 50 se presente done sous la forme d'une fente qui s'etend a l'interieur de la zone complementaire 12 a partir du coude 20c forme a I'intersection entre la partie course 20a et la partie longue 20b de la fente 20. Dans l'exemple de realisation represente a la Fig. 2b, la fente 50 s'etend a l'interieur de la zone 12 selon la bissectrice de 1'angle forme par les parties course 20a et longue 20b de la fente 20. On a represente a la Fig. 5 une courbe montrant ['influence de la longueur de la fente d'excroissance 50 sur la frequence de resonance basse d'une antenne selon le mode de realisation de la Fig. 2b. On constate que plus la longueur de cette fente d'excroissance 20 est importante et plus la diminution de la frequence basse de l'antenne est importante. Enfin, on a represente a la Fig. 2c, un mode de realisation de 1'invention qui combine les excroissances 40 et 50 des modes de realisation des Figs. 2a et 2b respectivement. Ainsi, il est possible d'ajuster les frequences de resonance haute et basse en modifiant les dimensions des excroissances 40 et 50 comme il vient d'etre explique. A la Fig. 6, on a montre un autre mode de realisation de la presente invention. Dans ce mode de realisation, ['element radiatif 10 est ellipsoidal, la fente 20 est courbe et s'etend d'un bord 10a de ltelement radiatif 10 vers l'interieur audit element radiatif de maniere a former une zone convexe 11 et une zone complementaire 12. L'extremite interne de la fente 20 presente une excroissance 40' qui est ici circulaire. On constate que la zone commune 13 est en quelque sorte pincee par ltexcroissance '. On comprendra qu'en jouant sur la longueur d'extension de cette zone commune 13 pincee (par exemple en modifiant le diametre du cercle formant l'excroissance 40' et sur l'epaisseur de cette zone commune 13 (par exemple soit en jouant sur le diarnetre du cercle formant l'excroissance 40' soit en jouant sur la position de l'excroissance 40' sur la longueur de la fente 20) on pourra ajuster la frequence haute de resonance de l'antenne. La fente 20 comporte egalement une fente 50' qui s'etend a l'interieur de la zone complementaire 12 et dont la longueur permet d'ajuster la frequence basse de resonance de l'antenne. On notera les positions du point de masse 32 et du point d'alimentation 31 de l'antenne qui se trouvent dans la partie de la zone complementaire 12 opposee a la zone convexe 11. Le point d'alimentation 31 se trouve dans la partie la plus eloignee de la zone convexe 11 alors que le point de masse 32 se trouve dans la partie de la zone 12 proche de l'extremite debouchante de la fente 20. Comme precedemment, dans cette configuration du plot de masse 32 et du plot d'alimentation, on a pu montrer que une telle antenne est une antenne bi-frequence dont la frequence basse est essentiellement determinee par les dimensions des zones 11 et 12 alors que la frequence haute est essentiellement determinee par les dimensions de la seule zone 11. On a represente a la Fig. 7 un autre mode de realisation d'une antenne selon ['invention. L'element radiatif 10 est rectangulaire (mats il pourrait etre aussi, a l'instar de l'exemple de realisation de la Fig. 6, ovale ou autre) et comporte deux fentes 20' et " qui delimitent sur ['element radiatif 10 deux zones convexes 11' et 11" de dimensions differentes ainsi que trots autres zones 14, 15 et 16. La zone 14 se trouve entre les deux fentes 20' et 20", les zones 15 et 16 etant les zones qui relient respectivement la zone 14 aux zones convexes 11' et 11". Les points d'alimentation et de masse 31 et 32 vent egalement representes. On peut constater que le point de masse est proche des extremites debouchantes de chacune desdites fentes 20' et 20" sur une partie 14 audit element radiatif 10 opposee par rapport a chaque fente 20' et 20" aux zones convexes 11', 11 " respectivement delimitees par les fentes 20' et 20", ledit point d'alimentation 31 se trouvant a distance du point de masse 32 de maniere a adapter ['impedance de ladite antenne. Une telle antenne presente quatre frequences de resonance. La frequence la plus basse est principalement determinee par les dimensions des zones 14, 15 et 1 1". La seconde frequence de resonance est principalement determinee par les dimensions des zones 14, 16 et 11'. La troisieme frequence de resonance est principalement determinee par les dimensions de la zone convexe 11" et la quatrieme frequence de resonance est principalement determinee par les dimensions de la zone convexe 1 1'. Les fentes 20' et 20" presentent respectivement des excroissances 40' et 50', d'une part, et 40" et 50", d'autre part. On comprendra que l'excroissance 40' permet d'ajuster la frequence de resonance la plus haute, l'excroissance 40" permet dajuster la troisieme frequence de resonance, l'excroissance 50' permet d'ajuster la seconde frequence de resonance et que ltexcroissance 50" permet d'ajuster la frequence de resonance la plus basset REVENDICATIONS 1) Antenne multi-frequence du type PIFA comprenant un element radiatif (10) place a distance d'un plan de masse, ledit element radiatif (10) comportant au moins une liaison audit plan de masse (32) et un point d'alimentation (31) et etant pourvu d'au moins une fente (20, 20') dont une extremite se trouve sur un bord (lOa) audit element radiatif (10), dont 1'autre extremite se trouve a l'interieur audit element radiatif (10) et dont la forme est telle qu'elle delimite sur ledit element radiatif (10) une zone (11) convexe, ladite antenne etant alors le siege de plusieurs frequences de resonance, caracterisee en ce que ladite ou chaque fente (20) comprend au moins une excroissance (40,40', 50, 50'). 2) Antenne selon la revendication 1, caracterisee en ce que ladite ou chaque fente (20, 20') comprend a son extremite qui se trouve a l'interieur audit element radiatif (10), une excroissance (40, 40') de dimension plus importante que la largeur de ladite fente (20). 3) Antenne selon la revendication 2, caracterisee en ce que ladite excroissance (40, 40') presente un bord (40d, 40'd) qui est sensiblement parallele au bord le plus proche (lOb) audit element radiatif (10). 4) Antenne selon la revendication 1, ladite antenne etant audit type dont ['element radiatif (10) est de forme sensiblement rectangulaire, ladite ou au moins une fente (20) comportant, d'une part, une branche course (20a) qui est sensiblement perpendiculaire a un bord (lOa) de ['element radiatif (10) et dont une extremite se trouve sur ledit bord (lOa) et, d'autre part, une branche plus longue (20b) qui est sensiblement parallele audit bord (lOa) de ['element radiatif (10) et qui se raccorde a l'autre extremite de la partie course (20a), caracterisee en ce que ladite fente (20) comprend a son extremite qui se trouve a l'interieur audit element radiatif (10), une excroissance (40) dont un bord (40d) est sensiblement parallele au bord (lOb) de ['element radiatif (10) adjacent au bord (lOa) ou se trouve la premiere extremite de ladite fente (20). ) Antenne selon la revendication 4, caracterisee en ce que ladite excroissance (40) est de forme sensiblement rectangulaire, voire carree. 6) Antenne selon une des revendications precedentes, caracterisee en ce que ladite ou au moins une fente (20) comprend une excroissance (50) se presentant sous la forme d'une fente s'etendant a partir de la premiere fente (20) dans une zone complementaire de ladite zone convexe delimitee par ladite fente (20). 7) Antenne selon la revendication 1, ladite antenne etant audit type dont ladite ou au moins une fente (20) comportant, d'une part, une branche course (20a) qui est sensiblement perpendiculaire a un bord (lOa) de ltelement radiatif (10) et dont une extremite se trouve sur ledit bord (lOa) et, d'autre part, une branche plus longue (20b) qui est sensiblement parallele audit bord (lOa) de ltelement radiatif (10) et qui se raccorde a l'autre extremite de la partie course (20a), caracterisee en ce que ladite fente (20) comprend une excroissance (50) se presentant sous la forme d'une fente s'etendant a partir de ['intersection entre les parties course (20a) et longue (20b) de la fente (20). 8) Antenne selon une des revendications precedentes, caracterisee en ce que le point de masse (32) est proche de l'extremite debouchante de la fente (20) sur une partie audit element radiatif (10) opposee par rapport a la fente (20) a ladite zone convexe (11) delimitee par ladite fente (20), ledit point d'alimentation (31) se trouvant