Brevet FR2891666A1 — publié le 20070406

La présente invention concerne une antenne multibande compacte, plus particulièrement une antenne compacte pouvant être connectée à un récepteur de signaux de télévision numériques terrestres (TNT) au format DVB-H (pour Digital Video Broadcast Handheld en langue anglaise), le récepteur pouvant être un appareil portable tel qu'un PDA (pour Personal Digital Assistant en langue anglaise). De nos jours, la réception sur un PDA ou appareil portable similaire, au format DVB-H est possible du fait de la puissance de calcul du io microprocesseur qui équipe la plupart de ces appareils. Le standard DVB-H utilise une nouvelle norme de compression numérique pour la vidéo appelée H264 et préconise de placer ce nouveau format d'image destiné aux applications mobiles soit dans la bande UHF (bande comprise entre 470 et 870 MHz) soit en bande L (bande comprise autour de 1.5 GHz). D'autre part, les terminaux portables ci-dessus doivent aussi pouvoir communiquer en utilisant un réseau cellulaire de type GSM 900 (pour Global System for Mobile communications 900 MHz en langue anglaise). De ce fait, la bande UHF couverte doit être limitée par un filtrage sélectif à la bande 470700 MHz. Les antennes susceptibles d'être utilisées avec ce type de terminaux doivent donc être suffisamment compactes et répondre aux contraintes mentionnées ci-dessus. Ainsi, l'invention consiste à proposer une antenne multibande compacte sous forme d'un accessoire pour PDA ou terminaux mobiles qui soit large bande du point de vue de la réception DVB-H, multibande pour accéder à la bande L et filtrante pour la partie GSM. La présente invention a donc pour objet une antenne multibande compacte, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un élément de type dipôle comprenant un premier bras conducteur connecté à un second bras conducteur ayant la forme d'un boîtier monté sur un plan de masse, les premier et second bras étant alimentés en différentiel et un second élément de type fente réalisé sur ledit plan de masse dans le prolongement dudit second bras. De préférence, pour faciliter l'utilisation comme accessoire d'un terminal portable, les premier et second bras sont montés à rotation l'un par rapport à l'autre. De ce fait, il est possible de replier le premier bras sur le second bras de manière à obtenir un objet compact qui peut se ranger facilement dans une poche. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le premier bras conducteur est planaire avec une partie évasée triangulaire au niveau io de la connexion avec le second bras, la partie évasée triangulaire se prolongeant par une partie rectangulaire ou carrée. La forme spécifique du second bras permet d'obtenir un fonctionnement en large bande tout en maintenant un encombrement minimal. De ce fait, l'antenne est adaptée pour couvrir la bande UHF. D'autre part, le second bras conducteur a la forme d'un boîtier dont les dimensions sont adaptées pour recevoir une carte électronique. De préférence, cette carte électronique est compatible avec le standard DVBH et elle comporte au moins les circuits permettant de recevoir le flux vidéo et de l'envoyer vers le terminal mobile ou PDA. Selon une autre caractéristique de la présente invention, l'élément de type dipôle est connecté à un circuit d'adaptation. Ce circuit d'adaptation est optimisé de façon à maximiser la transmission entre les circuits de traitement du flux vidéo et l'antenne. Il est d'autre part dédié à la partie basse de la bande UHF, à savoir la bande 470 MHz à 700 MHz et réalise une fonction de filtrage supplémentaire pour la bande GSM, à savoir autour de 900 MHz. D'autre part, selon un mode de réalisation préférentiel, l'élément de type fente comporte deux fentes en U montées tête-bêche. Ces deux fentes résonnantes sont réalisées dans le plan de masse en prolongement du second bras conducteur de l'élément de type dipôle. Les fentes résonnantes sont dimensionnées de manière à réaliser une adaptation correcte au niveau de l'antenne dans la bande L, à savoir entre 1452 MHz et 1492 MHz pour l'Europe et entre 1670 MHz et 1675 MHz pour les Etats- Unis. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation préférentiel, cette description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: Fig. 1 représente respectivement en A une vue de dessus et en B une vue en perspective d'une antenne multibande compacte conforme à la io présente invention. Fig. 2 représente un mode de réalisation du circuit d'adaptation. Fig. 3 est une vue en plan schématique d'une carte électronique utilisée avec l'antenne de la présente invention. Fig. 4 représente une courbe donnant les pertes de transmission entre l'amplificateur prévu en entrée de la carte électronique et l'antenne. Fig. 5 est une courbe donnant le gain en fonction de la fréquence d'une antenne conforme à la présente invention. Fig. 6 est une courbe donnant le rendement en fonction de la fréquence de l'antenne de Fig. 1 avec les cellules d'adaptation. Fig. 7 est une courbe donnant l'adaptation d'une antenne conforme à l'antenne de la Fig. 1 jusqu'à 2 GHz chargé sur 50 ohms. Fig. 8 représente les diagrammes de rayonnement de l'antenne de figure 1, respectivement à 600 MHz et à 1600 MHz. Pour simplifier la description dans les figures, les mêmes éléments portent les mêmes références. On décrira tout d'abord avec référence aux figures 1A et 1B un mode de réalisation d'une antenne multibande compacte conforme à la présente invention. Comme représenté plus particulièrement sur la figure 1B, l'antenne est constituée d'un élément de type dipôle 1 et d'un élément de type fente 2 Les deux fonctions ne sont pas placées l'une à côté de l'autre mais l'une dans l'autre. On se sert de la grande dimension nécessaire du plan de masse pour pouvoir être efficace en bande UHF, afin d'intégrer des fentes qui permettent d'adapter le signal en bande L. L'élément de type dipôle comporte un premier bras 10 de forme planaire avec une partie évasée sensiblement triangulaire 10a se prolongeant par une partie rectangulaire 10b. Cette forme a été choisie pour un encombrement minimal, la partie évasée de forme triangulaire permettant d'obtenir le fonctionnement large bande recherché. io Comme représenté sur la figure 1A, la partie 10 est particulièrement compacte avec une longueur totale de 35 mm et une largeur de 35 mm. Ce premier bras 10 est connecté au niveau de l'extrémité de la partie évasée triangulaire par un élément de connexion 12 au second bras 11 du dipôle. Le second bras 11 a une forme volumique, plus particulièrement la forme d'un boîtier rectangulaire ou carré prolongé par une partie planaire dans laquelle seront insérées les fentes. Les premier et second bras de l'élément 1 sont réalisés en un matériau conducteur, à savoir en métal ou à l'aide d'un matériau métallisé. Comme représenté sur la figure 1A, le second bras 11 présente lui aussi une partie volumique dont la longueur est de 35 mm, la largeur de 35 mm et l'épaisseur de 16 mm, plus une partie planaire. Les deux bras 10 et 11 sont montés à rotation au niveau de l'axe 12, de manière à pouvoir replier le bras 10 sur le bras 11 pour le transport. L'antenne est en mode utilisation lorsque le bras 10 est déplié, comme représenté sur la figure 1. Comme représenté sur la figure 1, le bras 11 est fixé sur un plan de masse 3. Ce plan de masse peut être, par exemple, constitué par un matériau conducteur, à savoir en métal ou à l'aide d'un matériau métallisé. D'autre part, comme représenté sur la figure 1 B, l'antenne comporte un élément de type fente 2. De manière plus particulière, deux fentes en U 20, 21 montées tête-bêche, sont réalisées sur le plan métallisé 3 dans le prolongement du bras 11. Ces fentes en U sont des fentes résonnantes et permettent d'apporter une adaptation correcte, à savoir une valeur pour S 11 inférieure à -10dB au niveau de l'antenne dans la bande L, à savoir dans la bande 1452 MHz à 1492 MHz pour l'Europe ou la bande 1670 MHz à 1675 MHz pour les Etats-Unis. Conformément à la présente invention et comme représenté sur la figure 1 B, le second bras 11 en forme de boîtier est dimensionné et réalisé pour pouvoir recevoir une carte électronique 4 dont l'une des extrémités, à savoir l'extrémité faisant saillie hors du boîtier 11 sur la figure 1 B, peut être insérée dans un connecteur d'un terminal portable tel qu'un PDA ou io similaire. On décrira maintenant avec référence à la figure 2, un exemple de réalisation d'un circuit d'adaptation qui permet de maximiser la transmission entre l'antenne A et le LNA (Low Noise Amplifier en langue anglaise), à savoir l'amplificateur faible bruit prévu en entrée des circuits de traitement du flux vidéo reçu par l'antenne. Ce circuit d'adaptation se connecte à l'antenne au niveau du point de connexion 12. Il comporte, comme représenté sur la figure 2, deux capacités Cl, C11 montées en série entre le point de connexion à l'antenne A et l'entrée du LNA et deux selfs L1, L11 connectées respectivement entre le point d'entrée de la capacité L1 et la masse pour la self L1 et entre le point d'entrée de la capacité C11 et la masse pour la self L11. Ce circuit d'adaptation a été optimisé pour maximiser la transmission entre le LNA et l'antenne dans le bas de la bande UHF, à savoir entre 470 MHz et 700 MHz, et pour apporter une fonction de filtrage supplémentaire pour la bande GSM autour de 900 MHz. Dans le mode de réalisation représenté, les éléments du circuit d'adaptation présentent les valeurs suivantes: Cl =2.22pF,C11 =12.4pF,L1 =19.8nHetL11 = 10.8 nH. On décrira maintenant avec référence à la figure 3, un mode de réalisation d'une carte électronique utilisée dans le cadre de la présente invention et pouvant s'insérer dans le boîtier formé par le bras 11 de l'antenne. Cette carte électronique 4 présente une longueur comprise entre 70 et 80 mm et une largeur de 35 mm pour s'adapter audit boîtier. Cette carte électronique comporte donc un LNA 40 connecté à la sortie d'antenne, éventuellement à travers le circuit d'adaptation décrit ci-dessus. Ce circuit 40 est connecté à un tuner 41 fonctionnant pour les bandes UHF et pour la bande L. La sortie du tuner 41 est envoyée sur un démodulateur DVB-H 42. La sortie du démodulateur est envoyée sur un circuit 43 d'interface SDIO (pour Secure Digital Input/Output en langue anglaise). Cette interface permet d'envoyer le flux vidéo vers un terminal portable tel qu'un PDA à io travers un connecteur 44 SDIO. Une antenne avec son circuit d'adaptation telle que décrite avec référence aux figures 1 et 2 a été simulée. Un simulateur circuit ADS2004 a été utilisé pour optimiser les valeurs et le choix du circuit d'adaptation pour maximiser la transmission entre l'antenne et le LNA. Un simulateur électromagnétique IE3D a été utilisé pour donner les courbes de gain, de rendement et les diagrammes de rayonnement en fonction de la fréquence pour l'antenne associée à son circuit d'adaptation optimisé sur le précédent logiciel. La simulation a donné les courbes des figures 4 à 7 ainsi que les diagrammes de rayonnement de la figure 8. La courbe de la figure 4 donne les variations en fonction de la fréquence des pertes de transmission entre l'antenne et le LNA du circuit électronique de la figure 3. On voit que ces pertes sont minimisées et lissées sur toute la bande UHF utilisée avec la norme DVB-H (à savoir entre 470 MHz et 700 MHz). On voit toutefois une perte importante autour de 900 MHz, ce qui démontre que le circuit d'adaptation réalise une fonction de filtrage à cette fréquence. La figure 5 représente le gain de l'antenne en fonction de la fréquence. Cette courbe confirme un fonctionnement s'apparentant à un dipôle dans la bande UHF (théoriquement un dipôle présente une directivité de 2.17 dB) mais plus directif, dans la bande L. La courbe de gain s'approche de 5 dBi à 1.6 GHz, ce qui est significatif d'un diagramme de rayonnement plus directif. La directivité à 1.6 GHz peut s'expliquer par le fait de la mise en réseau de deux fentes rayonnantes dont les diagrammes s'additionnent dans une direction privilégiée. La figure 6 représente le rendement du système d'antenne avec une cellule d'adaptation telle que décrite avec référence à la figure 2. Dans ce cas, on obtient un rendement d'antenne meilleur que 60 % sur toute la bande UHF du standard DVB-H et meilleur que 90 % dans toute la bande L du standard DVB-H (EP et US) mais un rendement inférieur à 20 % dans la bande GSM autour de 900 MHz. Cela traduit donc une fonction de filtrage io dans la bande GSM. La figure 7 représente l'adaptation de l'antenne jusqu'à 2 GHz, à savoir elle donne les valeurs des paramètres S 11 de l'antenne et de son circuit d'adaptation au-delà de 1 GHz lorsqu'elle est chargée sur 50 ohms. On obtient donc une adaptation inférieure à -10dB dans la bande L. Cette adaptation est due à la résonance des fentes 20, 21 dont les dimensions ont été optimisées sur l'emplacement dans le plan de masse sur la longueur et la largeur des fentes de façon à couvrir à la fois la bande L européenne 1452-1492 MHz et la bande L US 1670-1675 MHz. La figure 8 représente les diagrammes de rayonnement à 600 MHz et à 1600 MHz de l'antenne de la figure 1. La forme à 600 MHz est typique d'un dipôle (tore) dont l'axe des nuls correspond à l'axe longitudinal de l'antenne. La forme à 1.6 GHz est à la fois la combinaison des diagrammes des deux fentes ainsi que de la dissymétrie de la structure engendrées par le placement des fentes sur le plan de masse à proximité d'une boîte métallique . REVENDICATIONS 1 Antenne multibande compacte, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un premier élément (1) de type dipôle comprenant un premier bras (10) conducteur connecté (12) à un second bras (11) conducteur ayant la forme d'un boîtier, monté sur un plan de masse (3) , le premier et le second bras étant alimentés (12) en différentiel et un second élément (2) de type fente réalisé sur ledit plan de masse dans le prolongement dudit second bras. i0 2 Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier et le second bras sont montés à rotation l'un par rapport à l'autre. 3 Antenne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée 15 en ce que le premier bras (10) est de forme planaire avec une partie évasée (10a) au niveau de la connexion avec le second bras, se prolongeant par une partie rectangulaire ou carrée (10b). 4 Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en 20 ce que le boîtier est dimensionné pour recevoir une carte électronique (4). Antenne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'élément de type dipôle est connecté à un circuit d'adaptation. 6 Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que le circuit d'adaptation réalise une fonction de filtrage. 7 Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément (2) de type fente comporte deux fentes (20, 30 21) en U montées tête-bêche. 8 Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle fonctionne en bande UHF ou en bande L avec filtrage de la bande GSM.