Brevet FR2843835A1 — publié le 20040227

i La présente invention a pour objet une antenne de faible volume destinée à être utilisée notamment mais non exclusivement dans un radiotéléphone portatif. Dans les radiotéléphones portatifs, on connaît l'utilisation 5 d'antennes en forme d'hélice qui sont le plus souvent montées à l'extérieur du bottier du radiotéléphone. Ces antennes peuvent avoir une dimension relativement réduite mais elles sont disposées à l'extérieur du boîtier pour être associées à un plan de masse qui est disposé lui à l'intérieur du bottier du radiotéléphone. On sait que la tendance dans la réalisation des radiotéléphones est de supprimer toute antenne externe pour disposer celle-ci à l'intérieur du boîtier. La tendance est également à la réduction des dimensions du radiotéléphone ou du moins à l'intégration dans le radiotéléphone pour une dimension externe donnée d'un plus grand nombre de composants. Il en résulte qu'il est intéressant pour la conception d'un radiotéléphone de disposer d'une antenne interne et de dimensions relativement réduites. Pour satisfaire à la première condition, on a proposé d'utiliser dans les radiotéléphones des antennes à plaque du type PiFa ou similaire. 20 Ces antennes à plaque qui sont constituées essentiellement par un plan de masse et par une plaque rayonnante, plus généralement un élément radiant parallèle au plan de masse, comportent également une connexion de courtcircuit entre l'élément radiant et le plan de masse ainsi qu'une alimentation d'antenne à 50 Q réalisée le plus souvent à l'aide d'une ligne 25 microstrip ou d'un circuit imprimé. Dans la gamme de fréquences utilisées pour les radiotéléphones et notamment pour la gamme de fréquences correspondant au GSM qui est de l'ordre de 920 MHz, la distance minimale entre l'élément radiant et le plan de masse est de l'ordre de 7 à 10 mm, du 30 moins lorsque le diélectrique disposé entre l'élément radiant et le plan de masse est de l'air. Cette épaisseur de l'ordre de 7 à 10 mm est considérée comme trop importante pour la réalisation des radiotéléphones. Or, on constate que, si l'on cherche à réduire l'épaisseur de l'antenne PiFa pour porter celleci par exemple à moins de 5 mm, la bande passante de cette 35 antenne est considérablement réduite, ce qui la rend pratiquement inutilisable. Les antennes à plaque connues ne répondent donc pas davantage à la deuxième condition énoncée ci-dessus. Un objet de la présente invention est de fournir une antenne notamment utilisable dans un radiotéléphone portatif qui présente un très faible volume et une épaisseur réduite. Pour atteindre ce but selon l'invention, I'antenne de faible volume comprend un élément radiant, ledit élément radiant étant constitué par des moyens formant une bobine présentant un axe, ladite bobine étant raccordée à un conducteur d'antenne, et elle comprend en 10 outre un élément conducteur parallèle à l'axe de ladite bobine qui comporte des moyens formant une fente disposée en regard desdits moyens formant bobine. On comprend que, selon l'invention, I'antenne est constituée par des moyens formant une bobine dont l'axe est parallèle à un élément 15 conducteur qui est munie d'une fente ou d'une disposition analogue à une fente, en regard des moyens formant la bobine. Comme on l'expliquera ultérieurement plus en détail, cette disposition d'antenne, dont le volume est très faible et dont l'épaisseur est inférieure à 5 mm permet néanmoins, notamment dans la gamme de 20 fréquences correspondant au système GSM, d'obtenir une bande passante non seulement suffisante, mais bien supérieure à celle que l'on obtient avec des antennes classiques, cette bande passante pour cette gamme de fréquences pouvant atteindre 100 à 120 MHz, et un gain suffisant. Selon un mode préféré de mise en oeuvre, les moyens formant 25 bobine sont constitués par un fil conducteur en forme de bobine hélicdodale. Les essais réalisés montrent que cette bobine peut avoir un diamètre réduit, de l'ordre, par exemple, de 3 mm, et la distance entre l'élément conducteur à fente et l'axe de cette bobine peut également être 30 très réduite, de l'ordre de 1,7 à 2 mm. On obtient ainsi une antenne dont l'épaisseur globale est inférieure à 4 mm. L'élément formant bobine peut être une bobine au sens habituel du terme, c'est-à-dire une hélice constituée à partir d'un fil conducteur. L'élément formant bobine peut être également une bobine 35 "pilote" constituée par des métallisations sur un support isolant. L'élément conducteur peut être une surface conductrice. Dans ce cas, cette surface peut être constituée par le plan de masse de l'antenne et la fente est fermée et a sensiblement une forme rectangulaire correspondant au contour apparent de la bobine. Cette surface peut 5 également être une plaque conductrice. Dans ce dernier cas, la fente est ouverte, c'est-à-dire qu'elle débouche dans la périphérie de la surface conductrice. L'élément conducteur peut également être un élément conducteur flaire. Dans ce cas, il est replié pour présenter deux portions 10 allongées sensiblement parallèles définissant entre elles l'équivalent d'une fente. 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 15 limitatifs. La description se réfère aux figures annexées, sur lesquelles: - la figure 1A est une vue en coupe verticale d'un premier mode de réalisation de l'antenne conforme à l'invention; - la figure lB est une vue de dessus de l'antenne montrée sur la figure 1A; - la figure 2 est une vue d'une première variante de réalisation de l'antenne de la figure 1A; la figure 3 est une vue partielle de l'antenne montrant une variante de réalisation de la bobine hélicodale; - la figure 4A est une vue en coupe verticale d'un deuxième 25 mode de réalisation de l'antenne selon l'invention; - la figure 4B est une vue de détail montrant la forme particulière de bobines "plates" utilisées; - les figures 5A et 5B montrent une deuxième variante de réalisation de l'antenne en coupe verticale et en vue de dessus; - la figure 6 est une vue en coupe verticale d'une troisième variante de réalisation de l'invention; et - les figures 7A et 7B sont des vues respectivement en élévation et de dessus d'une antenne comprenant un deuxième mode de réalisation de l'élément conducteur. En se référant tout d'abord aux figures 1A et lB, on va décrire un premier mode de réalisation préféré de l'antenne selon l'invention. L'antenne est constituée essentiellement par un plan de masse constitué par un matériau conducteur de l'électricité qui est par exemple monté ou déposé sur un support isolant 12. Comme le montre mieux la figure lB dans le plan de masse 10, on réalise une fente 14 dont 5 la forme sera décrite plus en détail ultérieurement. L'antenne comporte également un élément radiant constitué par une bobine hélicofdale 16 dont l'axe X-X' est parallèle au plan de masse 10. Une des extrémités 16a de la bobine 16 est reliée à l'alimentation d'antenne 18 constituée par exemple par un câble coaxial 20 dont le conducteur central 20a est 10 raccordé électriquement à l'extrémité 16a de la bobine et dont le blindage b est relié au plan de masse 10. La bobine 16 a une longueur L et un diamètre d. La figure lB montre plus en détail la forme particulière de la fente 14 réalisée dans le plan de masse 10. Cette fente 14 a la forme d'un 15 rectangle circonscrit au contour externe de la bobine 16. En d'autres termes, la fente rectangulaire 14 a une longueur I qui est sensiblement égale à la longueur L de la bobine et une largeur 1' sensiblement égale au diamètre d de la bobine 16. Cette fente est fermée, c'est-à-dire, qu'elle ne débouche pas dans la périphérie du plan de masse. Dans un exemple particulier de réalisation, la bobine 16 a un diamètre d égal à 3 mm et la distance h entre le plan de masse 10 et l'axe X-X' de la bobine 16 est égale à 1,72 mm. En effet, pour obtenir une impédance donnée pour l'antenne, typiquement 50 Q2, la distance h entre la bobine, le plan de masse et le 25 diamètre d de cette bobine sont reliés par la formule suivante ZO 138 Logio(4h Zo = -Lboglo/--/ 4e d) Dans cette formule, úr = 1 pour l'air et ZO est égal à 50 Q. En outre, dans ce mode de réalisation, la longueur L de la 30 bobine est égale à 20 mm. Les dimensions de la fente 14 sont donc de mm par 3 mm. Les essais réalisés avec l'antenne telle qu'elle vient d'être définie précédemment ont montré qu'on obtenait pour la gamme de fréquences correspondant au système GSM, c'est-à-dire pour une fréquence centrale de l'ordre de 920 MHz, une bande passante qui va de à 120 MHz. Une telle bande passante est non seulement largement acceptable pour la réalisation d'un radiotéléphone portatif, mais elle est 5 approximativement deux fois supérieure à celle qu'on obtient avec les antennes par exemple les antennes du type PiFa. Il faut souligner que l'épaisseur totale de l'antenne est réduite puisque, dans l'exemple considéré, cette épaisseur est inférieure à 3,5 mm et que la réalisation de l'antenne est également relativement simple, 10 notamment en raison de la forme rectangulaire de la fente 14 à réaliser dans le plan de masse. Sur la figure 2, on a représenté une première variante de réalisation du premier mode de réalisation dans lequel l'alimentation de la bobine 16 par le câble d'antenne 20 est différente. En effet, le conducteur 15 axial du câble 20a est relié à un point courant 22 de la bobine 16 alors que l'extrémité 16a de cette bobine est reliée au plan de masse 10. On obtient ainsi une attaque "shunt" de l'antenne qui permet la réalisation d'une impédance correspondant à un composant selfique. Sur la figure 3, on a représenté une variante de réalisation de la 20 bobine 16 qui porte alors la référence 30. Cette bobine comporte une première portion 32 dont les spires présentent un premier pas Pl et une deuxième portion 34 dont les spires présentent un pas P2 différent de Pl. Par ailleurs, l'antenne hélicodale présente un diamètre constant d. Les essais réalisés avec ce type de bobines hélicodales ont montré que 25 l'antenne fonctionnait effectivement dans deux ou trois bandes de fréquences définies par le choix judicieux des pas Pl et P2 des deux portions de la bobine hélicofdale. En se référant maintenant aux figures 4A et 4B, on va décrire une deuxième variante de réalisation de l'antenne. Dans cette variante de 30 réalisation, on retrouve un plan de masse 40 qui est muni d'une fente fermée 42 et d'un élément radiant 44 constitué par une bobine plate 44 représentée sur la figure 4B. La bobine plate 44 est constituée par une forme en zigzag d'un élément conducteur plat 46. L'extrémité 46a de l'antenne plate 44 est raccordée au conducteur d'antenne 48 constitué par 35 le câble coaxial 50. Plus précisément 46a est raccordée au conducteur central 50a du câble 50. Les essais réalisés avec ce deuxième mode de réalisation de l'antenne donnent également des résultats satisfaisants tout en étant inférieurs à ceux obtenus avec le premier mode de réalisation de cette antenne. En se référant aux figures 5A et 5B, on va décrire un deuxième mode de réalisation de l'antenne. Ce deuxième mode se distingue essentiellement du premier par le fait que la surface conductrice dans laquelle est ménagée la fente n'est pas le plan de masse de l'antenne mais une plaque conductrice. Sur ces figures, on a représenté la bobine 16 qui peut être identique à celles qui sont représentées sur les figures 1A et 3. L'antenne comprend également une plaque conductrice 50 qui est parallèle à l'axe X-X' de la bobine 16. La distance h entre l'axe de la bobine et la plaque est la même que sur la figure 1A. Cette plaque n'est électriquement reliée 15 à aucun autre composant de l'antenne. La plaque 50 est munie d'une fente 52 dont le contour correspond à la forme de la bobine. Ce contour 54 peut avoir la forme générale d'un rectangle avec deux petits côtés en forme de demi-cercles 54a et 54b. On a mis en évidence que dans ce mode de réalisation, pour 20 que l'antenne présente un gain acceptable, il est nécessaire que la fente 52 débouche par un prolongement 56 dans la périphérie 50a de la plaque 50. La plaque peut avoir une longueur Ll égale à 35 mm et une largeur égale à 9 mm, la bobine ayant les dimensions déjà mentionnées en liaison avec les figures 1A et lB. L'antenne a donc des dimensions très réduites. 25 L'extrémité 16a de la bobine est reliée au conducteur central 60 du câble coaxial d'alimentation 62. La plaque 50 est isolée électriquement du conducteur 60. Cette antenne peut être montée sur un circuit imprimé 64 d'un radiotéléphone portatif ou de tout autre appareil à antenne interne. Le 30 blindage 62a du câble 62 est relié à une masse convenable du circuit imprimé. Avec ce deuxième mode de réalisation, on obtient les mêmes performances qu'avec le premier mode de réalisation. Avec une bobine 16 à deux pas distincts l'antenne peut fonctionner dans la bande de 35 fréquence GSM et DCS. Sur la figure 6, on a représenté un autre mode de réalisation de l'antenne selon l'invention. Selon ce mode de réalisation, on retrouve la bobine 16 et la plaque conductrice 50 avec sa fente ouverte 52. L'extrémité 16a de la bobine 16 est reliée à la plaque conductrice 50 alors 5 que le conducteur axial 60 du câble d'antenne est relié à un point intermédiaire 16b de la bobine 16. Les figures 7A et 7B montrent un mode de réalisation de l'antenne dans lequel l'élément conducteur n'est pas constitué par une surface conductrice mais par un élément filaire conducteur 70. L'élément 10 filaire a, de préférence, un diamètre au moins égal à 2,5 mm. Il comprend deux portions sensiblement rectilignes 72 et 74 sensiblement parallèles entre elles. Les premières extrémités 72a, 74a des portions rectilignes sont raccordées entre elles par une portion courbe 76. La deuxième 15 extrémité 72b de la portion 72 est électriquement raccordée au blindage du câble coaxial 62, alors que la deuxième extrémité 74b de la portion 74 est libre. Cet élément filaire 70 définit ainsi l'équivalent d'une fente 76. Les deux portions 72 et 74 de l'élément filaire 70 sont sensiblement coplanaires et disposées dans un plan parallèle à l'axe X-X' de la 20 bobine 16. REVENDICATIONS 1. Antenne de faible volume comprenant un élément radiant, caractérisée en ce que ledit élément radiant est constitué par des moyens 5 formant une bobine présentant un axe, lesdits moyens formant bobine étant raccordés à un conducteur d'antenne, et en ce qu'elle comprend en outre un élément conducteur parallèle à l'axe des moyens formant bobine qui comporte des moyens formant fente disposés en regard desdits moyens formant bobine. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens formant bobine sont constitués par un fil conducteur en forme de bobine hélicddale. 3. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit élément conducteur est une surface conductrice et en ce que lesdits 15 moyens formant fente sont constitués par une fente réalisée dans ladite surface conductrice. 4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite surface conductrice est le plan de masse de l'antenne. 5. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que 20 ladite surface conductrice est une plaque conductrice et en ce que ladite fente débouche dans la périphérie de ladite plaque. 6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que ladite fente a une forme rectangulaire dont un côté a une longueur sensiblement égale au diamètre de la bobine et dont 25 l'autre côté a une largeur sensiblement égale à celle de la bobine. 7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que ledit conducteur d'antenne est connecté à une extrémité de la bobine. 8. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'une 30 des extrémités de la bobine est raccordée électriquement au plan de masse et en ce que le conducteur d'antenne est raccordé à un point courant de la bobine. 9. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit élément conducteur est un élément filaire replié pour former deux parties 35 principales sensiblement parallèles entre elles, chaque partie principale comportant une première extrémité raccordée à la première extrémité de l'autre partie principale, les moyens formant fente étant constitués par l'espace limité par les deux parties principales. 10. Antenne selon la revendication 9, caractérisée en ce que lesdites deux parties principales de l'élément filaire sont disposées sensiblement dans un même plan parallèle à l'axe de la bobine. 11. Antenne selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisée en ce que ladite bobine en forme d'hélice comprend une première portion présentant un premier pas et une deuxième portion présentant un deuxième pas distinct du premier.