Brevet FR2853996A1 — publié le 20041022

Système d'antennes L'invention se rapporte à un système d'antennes et plus particulièrement à des antennes à rayonnement longitudinal. Dans l e cadre d es réseaux sans fil aux standards IEEE802.1 la ou Hiperlan2 fonctionnant à 5 GHz, il est envisagé de connecter un ordinateur portable. L'utilisation d'un port PCMCIA présente l'avantage d'avoir une interface compacte. Dans le cas d'une interface PCMCIA, il est 10 judicieux de placer l'antenne à l'extrémité de la carte afin qu'elle soit dégagée de tout obstacle pour pouvoir rayonner correctement. Le format de la carte PCMCIA va induire des contraintes sur l'antenne située à l'extrémité de cette carte. La figure 1 représente une carte PCMCIA dont la largeur Lw est égale à 54 mm et la longueur Li rentrant dans 15 le lecteur est de l'ordre de 83,3 mm. Afin de conserver le caractère compact d'un ordinateur portable, il convient que la partie antenne sortant du lecteur soit la plus compacte possible. Ainsi, une contrainte sur l'antenne d'une telle interface est d'avoir une largeur qui ne dépasse pas la largeur Lw de la carte PCMCIA, et une longueur Le qui soit la plus courte possible. En outre, il est 20 préférable que l'épaisseur E du boîtier de la carte corresponde à une épaisseur standardisée, égale à 5 mm pour les extensions sans fils. La contrainte de compacité du système d'antennes est relativement forte car un tel système doit intégrer une diversité d'antennes d'ordre 2 en réception et présenter des accès séparés en émission et en 25 réception. Les antennes doivent fonctionner sur une bande de fréquence la plus large possible. Les antennes doivent rayonner en majorité vers l'extérieur de la carte afin de réduire l'interaction avec l'ordinateur comportant le lecteur PCMCIA. Il n'existe pas à ce jour de solution pour un système d'antennes 30 répondant à ces contraintes. L'invention propose un système d'antennes à rayonnement longitudinal o les antennes d'émission et de réception sont alternées. L'invention est un système d'antennes qui comporte une première 35 antenne d'un premier type, des deuxième et troisième antennes d'un deuxième type. Les première à troisième antennes sont des fentes excitées à rayonnement longitudinal placées sur un même substrat. La première antenne est placée entre les deuxième et troisième antennes. Préférentiellement, la première antenne est une antenne d'émission et les deuxième et troisième antennes sont des antennes de 5 réception. La première antenne est décalée par rapport aux deuxième et troisième antennes de sorte que l'extrémité rayonnante de la première antenne s'étende au-delà des extrémités rayonnantes des deuxième et troisième antennes, l'extrémité rayonnante de la première antenne se trouvant dans les zones de rayonnement des deuxième et troisième 10 antennes. Afin d'avoir un accès commun pour les deuxième et troisième antennes sans introduire de perte, les lignes d'alimentation des deuxième et troisième antennes constituent une même ligne micro-ruban. La ligne microruban constituant les lignes d'alimentation des fentes des deuxième et 15 troisième antennes croise la fente de la première antenne. Le croisement est situé sur la ligne micro-ruban à une distance d'une extrémité de ladite ligne égale ou de l'ordre d'un multiple de la moitié de la longueur d'onde guidée dans la ligne micro-ruban. Le croisement est situé sur la fente à une distance d'une extrémité fermée de ladite fente égale ou de l'ordre d'un multiple de la 20 moitié de la longueur d'onde guidée dans la fente. Les extrémités des fentes des deuxième et troisième antennes, se situant à l'opposé de l'extrémité rayonnante, débouchent sur une rupture du plan de masse sur lequel elles sont dessinées formant à cette extrémité un circuit ouvert. La rupture dans le plan de masse peut être court-circuitée par l'intermédiaire d'une diode. L'invention est également une carte au standard PCMCIA qui inclut le système d'antennes. L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la 30 description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 représente une carte au standard PCMCIA, les figures 2 à 6 représentent différents modes de réalisation d'un système d'antenne pour carte PCMCIA selon l'invention. Dans la description qui va suivre ainsi que sur les figures, les mêmes repères sont utilisés pour les mêmes éléments. La figure 2 représente un premier mode de réalisation d'un système d'antennes fente placé à l'extrémité d'une carte PCMCIA. Afin de simplifier la description, seule la partie antenne de la carte PCMCIA sera décrite. Le dispositif électronique d'émission réception connecté aux dites 5 antennes est par exemple un système fonctionnant selon la norme IEEE802.1 la ou selon la norme Hiperlan2, qui utilise des accès d'émission et de réception séparés avec une diversité d'antenne d'ordre 2 à la réception. Les gammes de fréquences utilisées pour les standards considérés sont indiquées dans le tableau suivant: 10 Tableau A Technologie Application Bande de fréquences (GHz) Europe BRAN/ Réseaux domestiques (5,15-5,35) (5,47-5,725) HIPERLAN2 US-IEEE 802.1 la Réseaux domestiques (5,15-5,35) (5,725-5,825) Une première antenne 10 est utilisée pour l'émission et des deuxième et troisième antennes 11 et 12 sont utilisées pour la réception. Les première à troisième antennes 10 à 12 sont des antennes de type fente à rayonnement longitudinal, par exemple des antennes de type Vivaldi, gravé 15 sur un plan de masse 13. Les fentes 10 à 12 sont perpendiculaires au bord extérieur du substrat correspondant la largeur extérieure de la carte PCMCIA. En variante, pour avoir une diversité d'antenne différente, les fentes 10 à 12 peuvent ne pas être perpendiculaires à ce bord extérieur du substrat. La dimension des fentes est déterminée pour correspondre aux 20 bandes de fréquences souhaitées selon une technique connue. A titre d'exemple, les fentes ont une largeur de 400pm sur la partie non évasée. Chaque fente 10 à 12 comporte une ouverture évasée placée au bord du plan de masse 13 et une fin en court-circuit placée à l'intérieure du plan de masse 13. Les ouvertures évasées sont dimensionnées par exemple comme 25 indiquées dans le brevet US 6,246,377. A titre d'exemple, les ouvertures évasées ont une longueur L. égale à 12mm et une largeur WO égale à 8mm. L'espacement des ouvertures rayonnantes des deuxième et troisième fentes 11 et 12 est tel que l'on puisse faire de la diversité d'antennes en réception; elles sont séparées de plus de la moitié de la longueur d'onde moyenne de 30 la bande de fréquences de transmission. La première fente à rayonnement longitudinal 10 est décalée par rapport aux deuxième et troisième fentes à rayonnement longitudinal 11 et 12 de sorte que l'extrémité rayonnante de la première fente 10 s'étende au-delà des extrémités rayonnantes des deuxième et troisième fentes 11 et 12. L'extrémité rayonnante de la première fente 10 se trouve dans les zones de rayonnement des deuxième et troisième fentes 11 et 12. Une encoche 40 formant une démétallisation du 5 plan de masse 13 est placée entre la première fente 10 et la deuxième fente 11 ainsi qu'entre la première fente 10 et la troisième fente 12. Une telle disposition des fentes et des deux encoches permet d'avoir une excellente isolation. La première fente à rayonnement longitudinal 10 peut ne pas être décalée par rapport aux deuxième et troisième fentes à rayonnement 10 longitudinal 1 1 et 12. Cela ne change rien au fonctionnement du système d'antennes. Une première ligne micro-ruban 14 est couplée à la première fente 10 par une transition 15 de type Knorr. La transition 15 est située à une distance de la fin de la ligne micro-ruban égale ou de l'ordre d'un multiple 15 impair du quart de la longueur d'onde guidée Xm dans la ligne micro-ruban, et à une distance de la fin de la fente égale ou de l'ordre d'un multiple impair du quart de la longueur d'onde guidé If dans la fente. Des deuxième et troisième lignes micro-ruban 16 et 17 sont respectivement couplées aux deuxième et troisième fentes 11 et 12 par des transitions 18 et 19 de type 20 Knorr. Les transitions 18 et 19 sont situées à une distance de la fin des lignes micro-ruban 16 et 17 égale ou de l'ordre d'un multiple impair du quart de la longueur d'onde guidée Xm dans la ligne micro-ruban, et à une distance de la fin des fentes 11 et 12 égale ou de l'ordre d'un multiple impair du quart de la longueur d'onde guidée Xf dans les fentes. Les lignes micro-ruban sont 25 dimensionnées selon une technique classique afin de permettre le passage des signaux dans les bandes de fréquence indiquées au tableau A. A titre d'exemple, les lignes m icro-ruban 1 4, 1 6 et 17 font 520 pm de large. Les lignes micro-ruban constituent les accès des antennes-fentes, également appelées des lignes d'alimentation des antennes. Afin de minimiser la taille de la carte PCMCIA, seules les parties rayonnantes peuvent se trouver dans la partie de la carte située en dehors du lecteur de carte. Toutefois, il convient d'éloigner légèrement les ouvertures évasées du lecteur de carte afin d'éviter une perturbation dans les rayonnements des antennes. Les longueurs de fente entre les transitions 35 et la zone de rayonnement sont à fixer en fonction de ce que l'on désire, en sachant que cette longueur peut être nulle. Le système décrit précédemment est une bonne solution d'intégration d'antennes adaptée aux standards souhaités. Ce système présente deux accès en réception pour faire de la diversité. Néanmoins, il est préférable d'avoir un unique accès en réception afin d'éviter de dupliquer 5 les composants en réception (amplificateurs, filtres, moyens de transposition). A cet effet, la figure 3 propose une variante utilisant un commutateur 20 pour commuter les deuxième et troisième lignes microruban 16 et 17 sur une ligne micro-ruban commune 21. Le commutateur 20 est un commutateur hyperfréquence d'un type connu qui comporte des 10 moyens de commande non représentés et qui ne sera pas plus détaillé. La ligne première ligne micro-ruban 14 est séparée en deux lignes microruban 14 et 14b afin de croiser la deuxième ligne micro-ruban 16. La liaison entre les deux lignes micro-ruban 14 et 14b se fait par l'intermédiaire d'une ligne coplanaire 22 reliée par deux transitions 23 et 24. L'utilisation du commutateur 20 entraîne une atténuation du signal qu'il convient de compenser. Afin d'éviter cette compensation, la figure 4 présente une autre variante o les deuxième et troisième lignes microruban sont reliées directement à la ligne micro-ruban commune 21. La commutation des deuxième et troisième antennes 11 et 12 se fait par 20 l'intermédiaire de deux diodes 25 et 26 connectées, d'une part, respectivement au bout des deuxième et troisième ligne micro-ruban 16 et 17, et d'autre par au plan de masse 13. Les diodes 25 et 26 sont connectées de sorte que l'une soit passante et l'autre bloquée lorsque les deuxième et troisième lignes micro-ruban 16 et 17 sont polarisées à l'aide d'une tension 25 soit positive, soit négative. Lorsque qu'une diode 25 ou 26 est bloquée, celleci met en circuit ouvert le bout de la ligne micro-ruban 16 ou 17 qui lui est associée et assure ainsi le couplage entre ladite ligne et la fente associée. Lorsqu'une diode 25 ou 26 est passante, celle-ci court-circuite la ligne microruban 16 ou 17 qui lui est associée avec le plan de masse pour les hautes 30 fréquences et il n'y a plus de couplage entre ladite ligne et la fente associée. La sélection de l'antenne de réception se fait uniquement par une simple polarisation de la ligne micro-ruban commune 21. Les modes de réalisation des figures 3 et 4 utilisent cependant tous les deux des transitions 23 et 24 entre les lignes micro-ruban 14 et 14b 35 et la ligne coplanaire 22. Ces deux transitions 23 et 24 produisent également une atténuation du signal. Afin de supprimer l'atténuation liée aux transitions 23 et 24 tout en supprimant également l'atténuation liée à un commutateur et tout en utilisant qu'un seul accès pour les deux antennes de réception, il est proposé la variante de la figure 5. L'accès aux deuxième et troisième fentes 11 et 12 est ici réalisé à l'aide d'une ligne micro-ruban commune 30 qui croise les première à 5 troisième fentes 10, 11 et 12 respectivement aux première à troisième intersections 31, 32 et 33. Deux intersections voisines sont séparées entre elles d'une distance multiple impaire du quart de la longueur d'onde guidée km dans ladite ligne. L'intersection 32 la plus proche de l'extrémité de la ligne commune 30 et située également à une distance de ladite extrémité égale 10 ou de l'ordre d'un multiple impair du quart de la longueur d'onde guidée Xm dans ladite ligne. La distance entre la fin de la première fente 10 et la première intersection 31 est égale ou de l'ordre d'un multiple de la moitié de la longueur d'onde guidée Xf dans ladite fente. Les distances, d'une part entre la première intersection 31 et la fin 15 de la première fente 10, et d'autre part entre la première intersection 31 et l'extrémité de la ligne micro-ruban commune 30 se trouvant toujours être multiple de la moitié de la longueur d'onde guidée,m ou Xf dans ladite ligne ou ladite fente, il ne peut y avoir de couplage entre la première fente 10 et la ligne micro-ruban commune 30. L'extrémité de chacune des deuxième et troisième fentes 11 et 12 qui est située à l'opposée de la zone de rayonnement débouche dans une cavité 34 et 35 réalisée dans le plan de masse 13 et représentant un circuit ouvert à cette extrémité. Cette cavité peut être notamment de forme carrée, par exemple de dimensions (10mm*10mm), rectangulaire, polygonale ou 25 s'apparenter à un stub radial. La distance entre les extrémités des deuxième et troisième fentes 11 et 12 située en bordure des cavités 35 et 36 et respectivement les deuxième et troisième intersections 32 et 33 est égale ou de l'ordre d'un multiple impair du quart de la longueur d'onde guidée Xf dans lesdites fentes. Le plan de masse 13 est séparé en trois parties 13a, 13b et 13c par des lignes de rupture 36 et 37 qui débouchent respectivement dans les cavités 36 et 37. Les lignes de rupture sont des découpes très fines, par exemple d'une largeur d'environ 150pm du plan de masse 13 qui se comporte en circuit ouvert vis à vis du courant continu et en court circuit aux 35 bandes de fréquence utilisées pour la transmission. Deux diodes 38 et 39 sont placées à la limite entre les deuxième et troisième fentes 11 et 12 et respectivement les cavités 34 et 35. Les parties extérieures 13b et 13c du plan de masse 13 sont électriquement reliées soit à la masse électrique, soit à une tension continue pouvant être soit négative, soit positive. Dans le premier cas, la partie centrale 13a est reliée à une tension continue soit négative, soit positive. 5 Dans le deuxième cas, elle est reliée à la masse électrique. Les diodes 38 et 39 sont connectées entre la partie centrale 13a et chacune des parties extérieures 13b et 13c du plan de masse 13 et orientées de sorte que lorsqu'une des diodes est passante, l'autre se trouvant bloquée. Ainsi, quelle que soit la tension de la partie centrale 13a du plan de masse 13, il y a 10 toujours une diode passante et une diode bloquée. Lorsqu'une diode 38 ou 39 est bloquée, celle-ci produit un court circuit à l'extrémité de la fente 11 ou 12 qui lui est associée. Il y a alors couplage entre la fente 11 ou 12 et la ligne commune 30. Lorsqu'une diode 38 ou 39 est bloquée, un plan de court circuit est ramené au niveau de 15 l'intersection 32 ou 33 et aucun couplage ne se produit entre la fente 11 ou 12 et la ligne commune 30. La sélection se fait par une simple polarisation soit de la partie centrale 13a du plan de masse 13, soit des parties extérieures 13b et 13c du plan de masse 13. D'autres variantes sont p ossibles. L es a ntennes V ivaldi p euvent 20 être remplacées par tout autre type d'antenne alimentée par une transition ligne/fente (de type dipôle imprimé, antenne fente évasée ou Tapered Slot Antenna en langue anglaise, ...), ou un système d'antennes tel que représenté sur la figure 6 qui utilise de simples fentes. Egalement, les modes de réalisation précédemment décrits 25 montrent de la diversité d'antenne en réception. Il est tout à fait concevable de faire de la diversité d'antenne e n é mission. D ans c e c as, l'antenne d e réception sera placée entre les antennes d'émission. REVENDICATIONS 1. Système d'antennes qui comporte: - une première antenne (10) d'un premier type - des deuxième et troisième antennes (11,1 2) d'un deuxième type, caractérisé en ce que les première à troisième antennes (10 à 12) sont des fentes excitées à rayonnement longitudinal placées sur un même substrat, et en ce que la première antenne (10) est placée entre les 10 deuxième et troisième antennes (11, 12). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première antenne (10) est une antenne d'émission et les deuxième et troisième antennes (11, 12) sont des antennes de réception, et en ce que la 15 première antenne (10) est décalée par rapport aux deuxième et troisième antennes (11, 12) de sorte que l'extrémité rayonnante de la première antenne (10) s'étende au-delà des extrémités rayonnantes des deuxième et troisième antennes (11, 12), l'extrémité rayonnante de la première antenne (10) se trouvant dans les zones de rayonnement des deuxième et troisième 20 antennes (11, 12). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une encoche (40) dans un plan de masse (13) du substrat est placée entre la première antenne (10) et la deuxième antenne (11) ainsi qu'entre la 25 première antenne (10) et la troisième antenne (12). 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fentes (10 à 12) sont excitées par des lignes d'alimentation constituée de lignes micro-ruban (14,16, 17, 30). 30 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les lignes d'alimentation des deuxième et troisième antennes (11, 12) constituent une même ligne micro-ruban (30). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la ligne microruban (30) constituant les lignes d'alimentation des fentes des deuxième et troisième antennes (11, 12) croise la fente de la première antenne (10) , en ce que le croisement (31) est situé sur la ligne micro-ruban (30) à une distance, d'une extrémité de ladite ligne, de l'ordre d'un multiple impair de la moitié de la longueur d'onde guidée (Xm) dans la ligne microruban, et en ce que le croisement (31) est situé sur la fente (10) à une 5 distance d'une extrémité fermée de ladite fente de l'ordre d'un multiple impair de la moitié de la longueur d'onde guidée (of) dans la fente. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les extrémités des fentes des deuxième et troisième antennes (11, 12), se 10 situant à l'opposé de l'extrémité rayonnante, débouchent sur une rupture (34, 35) du plan de masse sur lequel elles sont dessinées, la rupture du plan de masse pouvant être court-circuitée par l'intermédiaire d'une diode (38, 39). 8. Carte d'interface au standard PCMCIA caractérisé en ce qu'elle comporte un système d'antenne selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Carte selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système d'antennes est placé en bout de carte dans une zone placée à 20 l'extérieur d'un lecteur de carte.