Brevet FR2893450A1 — publié le 20070518

Antenne en F inversé à élément rayonnant enroulé et téléphone portable la comportant Domaine technique de l'invention L'invention concerne une antenne en F inversé comportant un élément métallique rayonnant, connecté par une languette de court-circuit à un plan de masse et par une languette d'alimentation à une entrée d'alimentation RF. Elle concerne également un téléphone portable comportant une telle antenne. 15 État de la technique De nombreux dispositifs, notamment les téléphones portables, utilisent une antenne planaire en forme de F inversé, classiquement appelée antenne PIFA ( Planar Inverted-F Antenna ) ou antenne quart d'onde courtcircuitée. Comme représenté à la figure 1, une antenne de ce type comporte essentiellement un élément rayonnant 1 métallique, plan, disposé audessus d'un plan de masse d'une plaquette de circuit imprimé 2. L'élément 25 rayonnant 1 est donc parallèle à la plaquette de circuit imprimé 2 et peut en être séparé par un matériau diélectrique 12. L'élément rayonnant 1 est connecté par une languette de court-circuit 3 au plan de masse et par une languette d'alimentation 4 à une entrée d'alimentation RF, par exemple à une piste d'alimentation (non représentée) du circuit imprimé. Les languettes 3 et 30 4 sont des languettes métalliques étroites, parallèles, perpendiculaires au plan du circuit imprimé. Elles sont, de préférence, disposées à proximité d'un10 coin de l'antenne. Des fentes 5 peuvent éventuellement être formées dans l'élément rayonnant 1, définissant ainsi plusieurs voies de rayonnement, de manière à passer d'une antenne à bande unique à une antenne bi-bande ou, plus généralement, multi-bande. Les principales limitations de cette technologie concernent la largeur de bande, limitée à 6 à 8% de la fréquence de résonance, la nécessité de définir un emplacement contrôlé pour le plan de masse, la distance minimale d'environ 6mm nécessaire entre le plan de masse et l'élément rayonnant et le volume de l'antenne, qui reste important par rapport à la taille d'un téléphone portable. À titre d'exemple, les meilleures performances de l'antenne selon la figure 1 sont obtenues avec un élément rayonnant 1 ayant une longueur L de 35mm et une largeur W de 25mm, séparé du plan de masse par une hauteur H de 6mm. Le volume occupé par l'antenne (élément rayonnant 1 et partie de la plaquette de circuit imprimée qu'il surplombe) est alors de 5250mm3. Objet de l'invention L'invention a pour but une antenne ne présentant pas ces inconvénients et, plus particulièrement, une antenne dont le volume est réduit. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que l'élément rayonnant est 25 constitué par une feuille métallique enroulée autour d'un axe et formant un élément rayonnant cylindrique ouvert sur toute sa longueur. L'invention a également pour but un téléphone portable comportant une telle antenne. 30 Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 illustre une antenne de type PIFA selon l'art antérieur. La figure 2 représente un élément rayonnant d'une antenne selon l'invention, 10 avant enroulement. La figure 3 illustre un mode particulier de réalisation d'une antenne selon l'invention. La figure 4 illustre schématiquement le volume occupé par une antenne selon l'invention. 15 Les figures 5 et 6 illustrent, respectivement en coupe et en vue de dessus, une disposition particulière d'une antenne selon l'invention dans un téléphone portable. La figure 7 illustre schématiquement, en vue de dessus, une disposition préférentielle d'une antenne selon l'invention dans un boîtier articulé ouvert 20 d'un téléphone portable. Description de modes particuliers de réalisation 25 Comme représenté à la figure 2, l'antenne selon l'invention utilise un élément rayonnant 6 constitué par une feuille métallique ayant initialement la même forme générale que l'élément rayonnant 1 de l'antenne planaire en forme de F inversé selon la figure 1. Comme l'élément rayonnant 1, l'élément rayonnant 6 se prolonge, sur un de ses bords longitudinaux 7a, par une 30 languette de court-circuit 3 et une languette d'alimentation 4. Des fentes 5 peuvent également être prévues dans l'élément rayonnant 6. Comme représenté à la figure 3, la feuille métallique constituant l'élément rayonnant 6 est enroulée autour d'un axe S, parallèle à ses bords longitudinaux 7a et 7b, de manière à former un élément rayonnant cylindrique creux, ouvert longitudinalement, et non un élément rayonnant plan comme dans les antennes de type PIFA classiques. Les bords longitudinaux 7a et 7b de la feuille métallique ne se touchent pas après enroulement, formant ainsi un élément rayonnant cylindrique ouvert longitudinalement, c'est-à-dire comportant une rainure longitudinale 8 sur toute sa longueur. Les languettes 3 et 4 sont ensuite connectées respectivement au plan de masse et à une entrée d'alimentation RF d'une plaquette de circuit imprimé 2, l'axe S étant parallèle à un petit côté de la plaque 2 et disposé à proximité d'une extrémité de la plaquette 2, à l'écart de celle-ci. Ainsi, contrairement à l'élément rayonnant plan 1 d'une antenne PIFA selon l'art antérieur, l'élément rayonnant 6 de l'antenne selon l'invention n'est pas disposé au-dessus du plan de masse de la plaquette de circuit imprimé 2, mais à côté de cette plaquette, par exemple sensiblement au même niveau que celle-ci. Le cylindre formé par l'élément rayonnant 6 est creux, l'air ambiant servant d'isolant. Cependant, dans un mode de réalisation préférentiel, l'élément rayonnant 6 est enroulé autour d'un moyeu cylindrique 9, en matériau diélectrique, par exemple en matière plastique ou en céramique. L'antenne est alors plus facile à stocker, sans risque de déformation. Le moyeu 9 comporte, de préférence, sur au moins une partie de sa longueur, une nervure longitudinale 10, délimitant latéralement la rainure 8 de l'élément rayonnant lors de son enroulement. L'épaisseur de la nervure 10 peut éventuellement être variable.30 L'antenne ainsi obtenue est beaucoup plus compacte qu'une antenne en F inversé planaire, sans en modifier fondamentalement le fonctionnement. À titre d'exemple, l'élément rayonnant 6 peut avantageusement avoir un diamètre D de 5 à 8mm et une longueur de 28 à 36mm. Comme dans l'art antérieur, l'élément rayonnant 6 peut comporter des fentes 5, définissant plusieurs voies de rayonnement. Les caractéristiques d'une antenne de type PIFA sont améliorées par l'antenne selon l'invention. En effet, la largeur de bande peut atteindre 15% io de la fréquence de résonance et l'antenne est peu sensible à la position et aux dimensions du plan de masse. Par ailleurs, la distance d minimale entre le plan de masse et l'antenne, c'est-à-dire la distance minimale entre l'extrémité de la plaquette 2 et la paroi la plus proche de l'élément rayonnant 6 (voir fig.4) peut être réduite à 2mm, tout en conservant des performances 15 satisfaisantes. Le volume équivalent V de l'antenne est fortement réduit. À titre d'exemple, un élément rayonnant 6 enroulé de même dimensions que l'élément rayonnant 1 précité (L=35mm, W=25mm, soit un volume de 5250mm3), c'est-à-dire un élément 6 de diamètre D=8mm et de 35mm de long, disposé à une distance d de 2mm de l'extrémité de la plaquette 2, peut 20 occuper un volume V de l'ordre de 2320mm3 ((nR2 + 2x8)35), soit un volume au moins 2 fois plus petit. Il est ainsi possible de réaliser, dans un volume réduit, une antenne en F inversé ayant une bande passante élargie et, éventuellement, une antenne 25 pouvant couvrir les 4 bandes utilisées dans les téléphones GSM. Sa forme arrondie et ses dimensions réduites facilitent l'intégration de l'antenne dans un téléphone portable de petite dimension, comme illustré sur les figures 5 à 7. En effet, l'élément réfléchissant 6 peut facilement être 30 disposé dans le boîtier 11 d'un téléphone portable, plus particulièrement lorsque le boîtier présente une extrémité de section arrondie comme sur la figure 5. L'antenne est alors disposée à cette extrémité arrondie, de manière à ce que l'axe S coïncide avec l'axe de révolution de l'extrémité arrondie. Le moyeu 9 peut éventuellement être remplacé par deux pivots solidaires du boîtier et pénétrant chacun dans l'une des extrémités de l'élément rayonnant cylindrique creux 6. Dans un mode de réalisation préférentiel, illustré à la figure 6, les extrémités de l'élément rayonnant 6 et, éventuellement du moyeu 9, sont découpées en biais par rapport à l'axe S, de manière à permettre son logement dans un boîtier dont l'extrémité de logement de l'antenne a des bords latéraux arrondis. Cette découpe permet de donner au boîtier une forme esthétique, sans modifier les caractéristiques émettrices et réceptrices de l'antenne. De nombreux téléphones portables comportent un boîtier en deux parties 11 a et 11 b articulées autour d'un axe. Comme représenté à la figure 7, l'élément rayonnant cylindrique 6 est alors, de préférence, disposé dans le boîtier de manière à ce que son axe S constitue cet axe d'articulation. La charnière constituant l'axe d'articulation des deux parties du boîtier peut alors comporter des extrémités en saillie du moyeu 9 ou deux pivots solidaires d'une des parties du boîtier et servant de gonds pénétrant dans les deux extrémités de l'élément rayonnant cylindrique creux 6. Revendications 1. Antenne en F inversé comportant un élément métallique rayonnant, connecté par une languette de court-circuit (3) à un plan de masse et par une languette d'alimentation (4) à une entrée d'alimentation RF, antenne caractérisée en ce que l'élément rayonnant (6) est constitué par une feuille métallique enroulée autour d'un axe (S) et formant un élément rayonnant cylindrique ouvert sur toute sa longueur. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément rayonnant (6) est enroulé autour d'un moyeu cylindrique (9) en matériau diélectrique. 3. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyeu (9) est en matière plastique. 4. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyeu (9) est en céramique. 5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le moyeu (9) comporte une nervure longitudinale (10) délimitant latéralement une rainure longitudinale (8) de l'élément rayonnant (6). 25 6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que les extrémités de l'élément rayonnant (6) présentent des découpes en biais par rapport à son axe (S). 7. Téléphone portable caractérisé en ce qu'il comporte une antenne selon 30 l'une quelconque des revendications 1 à 6. 720 8. Téléphone selon la revendication 7, caractérisé en ce que, le téléphone comportant un boîtier (11) en deux parties (11 a, 11 b) articulées autour d'un axe d'articulation, l'élément rayonnant cylindrique (6) est disposé dans le boîtier (11) de manière à ce que son axe (S) constitue ledit axe d'articulation.5