Brevet FR2947102A1 — publié le 20101224

ANTENNE GSM, EN PARTICULIER POUR EQUIPEMENT UTILISANT LE RESEAU PUBLIC. L'invention est relative à une antenne GSM pour transmettre ou recevoir des informations entre une machine, ou un réseau de machines, et un 5 serveur, l'antenne comprenant un brin métallique. La communication entre machines (désignée en abrégé par le sigle "M2M"- Machine To Machine) désigne de manière générale une communication d'une machine ou d'un réseau de machines vers un serveur centralisant les données remontées par ces machines et assurant également le pilotage à io distance de ces machines. L'invention concerne en particulier les passerelles et équipements "M2M" utilisant le réseau public GSM/GPRS/3G/3G+, désigné pour simplifier par "GSM", pour communiquer, transmettre ou recevoir les informations gérées. Les antennes GSM actuellement disponibles sur le marché sont, la 15 plupart du temps, adaptées à des usages mobiles, c'est-à-dire qu'elles sont en général prévues pour être connectées à des appareils portatifs, ou encore à des transmetteurs embarqués dans des véhicules (voiture/camion/train). Les caractéristiques de ces modèles "mobiles" ne permettent pas de les utiliser dans de bonnes conditions à poste fixe pour la communication (à 20 demeure ou pour des campagnes de mesure sur des durées limitées) par exemple sur des réseaux d'eau ou de gaz, ou sur du mobilier ou des équipements d'infrastructure urbaine. Les antennes mobiles sont en général assez fragiles et nécessitent un support très particulier, type carrosserie ou pare-brise de voiture, pour être fixées et/ou fonctionner de façon satisfaisante ; 25 elles manquent souvent de discrétion, ce qui augmente le risque de vandalisme et de vol. FR 2 896 069 a proposé, pour un dispositif de télé-relève de compteur de fluide, en particulier compteur d'eau implanté dans un regard enterré muni d'un tampon, d'utiliser ce tampon en tant qu'antenne. Dans le cas 30 où le tampon est réalisé en une matière non-conductrice de l'électricité, ce document antérieur propose d'encastrer ou de mouler l'antenne dans le tampon. Cette solution est relativement coûteuse car il faut fabriquer un tampon spécial. En outre, elle manque de souplesse puisque le remplacement de l'antenne implique le remplacement du tampon. 35 L'invention a pour but, surtout, de fournir une antenne GSM 2 spécialement adaptée au milieu urbain ou industriel, et qui peut être fixée aisément en applique ou en mode encastré à tout type de support horizontal ou vertical. Il est souhaitable que l'antenne soit discrète et robuste. Selon l'invention, une antenne du genre défini précédemment est caractérisée en ce que le brin métallique de l'antenne est noyé dans un bouclier plat en matière isolante et mécaniquement résistante, propre à assurer une protection mécanique et une étanchéité autour du brin métallique. De préférence, les bords du bouclier sont en biseau d'épaisseur décroissante pour réduire les risques d'accrochage de l'antenne. io L'antenne selon l'invention fonctionne parfaitement sur un support métallique ou non ; elle peut être installée sur le couvercle d'un regard sur trottoir ou chaussée, sans apporter de gêne à la circulation et en toute discrétion. Elle supporte le passage des véhicules ; elle offre une étanchéité totale et ne peut être arrachée ou détériorée facilement. 15 Le bouclier plat est avantageusement réalisé en deux parties propres à être assemblées, à savoir une partie centrale comportant le brin métallique, et munie de moyens de fixation, notamment de trous, sur son pourtour et un encadrement propre à venir se fixer sur la partie centrale, notamment par clipage, ou encliquetage, pour masquer les moyens de fixation. 20 La fixation de l'encadrement sur la partie centrale peut être prévue pour être indémontable après un premier assemblage, sauf à la détériorer. L'assemblage peut alors être qualifié d'inviolable. L'antenne selon l'invention est autonome et indépendante de l'équipement d'infrastructure sur lequel elle sera fixée. 25 Avantageusement, la partie centrale du bouclier plat a la forme d'un disque tandis que l'encadrement est formé par une couronne qui entoure la partie centrale. L'épaisseur de l'antenne avec son bouclier est inférieure à 20 mm, et de préférence de l'ordre de 10 mm. Lorsque l'antenne est prévue pour être fixée 30 en applique sur un support non métallique, une rondelle métallique est disposée contre la face du bouclier tournée vers le support. Les dimensions de l'antenne sont prévues pour permettre d'inscrire l'antenne dans un carré de 20 cm x 20 cm. L'antenne comporte un câble de sortie soit dans l'axe, soit latéral. 35 L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : Fig. 1 est une coupe schématique verticale d'une antenne selon l'invention équipant un couvercle métallique qui ferme un regard dans lequel est 5 installé un compteur d'eau. Fig. 2 est une coupe verticale schématique, à plus grande échelle, de la partie centrale de l'antenne avec son brin métallique. Fig. 3 est une vue de dessus d'une antenne dont la partie active est circulaire. io Fig. 4 est une coupe verticale suivant la ligne brisée IV-IV de Fig. 3. Fig. 5 est une vue en plan de la couronne conjuguée de la partie centrale de Fig. 3. Fig. 6 est une coupe verticale suivant la ligne VI-VI de Fig. 5. Fig. 7 est une vue en coupe verticale d'une antenne en cours de 15 montage en applique sur un support métallique horizontal. Fig. 8 est une coupe verticale de l'antenne montée de Fig.7. Fig. 9 est une coupe verticale d'une antenne montée en applique sur un support non métallique. Fig. 10 est une coupe verticale d'une antenne en cours de montage 20 encastré sur un support horizontal et Fig. 11 est une coupe verticale de l'antenne montée encastrée. En se reportant à Fig. 1 des dessins, on peut voir une antenne A selon l'invention installée en applique sur un couvercle en métal 1 d'un regard enterré 2 dans lequel est installé un compteur d'eau 3 monté sur une conduite 25 4. Le compteur 3 est équipé d'un capteur de mesure 5 relié par un câble à un transmetteur GPRS 6. L'antenne A est reliée par un câble coaxial 7 au transmetteur (émetteur/récepteur) 6. Les informations recueillies par le capteur 5 peuvent ainsi être transmises à distance à un serveur (non représenté) qui centralise les données. 30 Des instructions peuvent en outre être transmises par le serveur et recueillies par l'antenne A et le transmetteur 6. L'antenne A comporte une partie centrale 8 (Fig.2), ou partie active, intégrant les composants nécessaires à l'émission et réception GSM. Cette partie active 8 est réalisée en matière moulée. Un brin métallique 9 (Fig. 2), et 35 éventuellement des composants électroniques, est noyé dans la partie active 8 en matière isolante. Cette partie 8 forme un bouclier assurant une protection mécanique du brin métallique et des composants nécessaires à l'émission et 4 réception GSM, ainsi que de la partie du câble coaxial 7 raccordée au brin 9. La partie active 8 est réalisée en une matière isolante et résistante mécaniquement pour assurer un indice de protection mécanique satisfaisant aux prescriptions de protection IP 68. La partie active 8 peut être réalisée en matière plastique armée de fibres résistantes. La matière plastique utilisée pour l'antenne A est avantageusement constituée par du polycarbonate chargé de fibres de verre. La surface supérieure 8a est légèrement bombée, convexe vers l'extérieur, pour faciliter l'évacuation de l'eau lors d'un montage horizontal de la partie 8. Une collerette 10, d'épaisseur moindre, entoure la partie active et to comporte des trous 11 régulièrement répartis constituant des moyens de fixation de l'antenne A. Les trous 11 permettent la fixation de la partie active à une infrastructure, soit horizontalement, soit verticalement. Selon l'exemple de réalisation des Fig. 3 et 4, la partie active 8 est circulaire et la collerette 10 comporte trois trous 11 espacés à 120°. 15 Généralement, le diamètre de la partie bombée 8a est d'environ 50 mm, inférieur à 70 mm. Le diamètre extérieur de la couronne 10 est de l'ordre de 90 mm, généralement inférieur à 100 mm. Un encadrement 12 (Fig. 1, 5 et 6) est prévu pour masquer les trous 11 et les fixations à l'infrastructure. Cet encadrement 12 présente en outre une 20 section transversale d'épaisseur décroissante vers l'extérieur avec une face externe 12a inclinée pour assurer un raccordement progressif et continu de la bordure de la surface bombée 8a avec la surface de l'infrastructure support. Un double décrochement 8b est formé par la transition de la partie bombée 8a à la collerette 10 et par l'épaisseur de cette collerette. A ce double 25 décrochement 8b correspond un double décrochement 12b de la surface interne de l'encadrement 12, qui est prévu épouser le décrochement 8b. Des ergots et logements (non visibles) sont prévus respectivement sur les deux décrochements 8b, 12b. L'encadrement 12 est fixé par clipage ou encliquetage en force, par coopération des ergots et logements. L'encadrement 12 permet de 30 masquer les fixations à l'infrastructure tout en assurant par sa forme inclinée une protection efficace contre les chocs latéraux et l'arrachement. Dans le cas où la partie active 8 a une forme circulaire, l'encadrement 12 est constitué d'une couronne circulaire (Fig. 5). La forme simple et discrète de l'ensemble formé par l'encadrement 35 12 et la partie active 8 ne permet pas d'identifier facilement la présence d'un équipement de transmission GSM à proximité, dont la carte SIM est assez recherchée. La forme totalement lisse de l'ensemble de l'antenne A, sans aspérité ni prise, rend difficile toute tentative d'arrachement. Le clipage en force de l'encadrement 12 sur la partie active 8 peut être conçu de manière irréversible, c'est-à-dire que pour retirer cet encadrement, il faut le détériorer. L'antenne A peut alors être qualifiée 5 d'inviolable. Le câble coaxial 7 de l'antenne peut sortir dans l'axe de l'antenne A, ou peut sortir latéralement, en traversant la matière de protection. Les Fig. 7 et 8 illustrent le montage en applique de l'antenne A sur un support métallique 13 constitué d'une plaque, par exemple en fonte ou en to tôle d'acier. Le support 13 comporte un orifice 14 pour le passage du câble coaxial 7 et des trous 15 répartis pour correspondre aux trous 11 de la collerette. Cette collerette 10 est fixée à la plaque 13 par des vis V traversant les trous 11, 15 et bloquées par un écrou E du côté de la plaque 13 opposé à l'antenne A. 15 Après fixation de la partie active 8, l'encadrement 12 est clippé à force sur la partie 8 comme illustré sur Fig. 8. La plaque support 13 étant métallique, la partie active 8 est directement posée contre cette plaque. L'épaisseur totale h de l'antenne A assemblée est de l'ordre de 10 mm, de sorte que les risques d'accrochage sont quasiment inexistants, notamment en raison 20 des bords inclinés 12a de la couronne. L'ensemble est étanche et les vis V sont masquées à la vue. Dans le cas où l'antenne A est fixée sur un support non métallique 16, comme illustré sur Fig. 9, une rondelle métallique 17, servant de plan de masse à l'antenne, est insérée entre la partie active 8 et le support 16. De 25 préférence, cette rondelle métallique 17 est insérée dans la partie active 8, notamment lors du moulage de manière que la face inférieure de la rondelle 17 soit dans le même plan que la face inférieure de la collerette 10 et de la couronne 12. Les Fig.10 et 11 illustrent un montage encastré de la partie active 8 30 dans un support 18 métallique comportant une ouverture 19 dont le diamètre correspond à celui de la partie supérieure bombée 8a qui vient se loger, de manière ajustée, dans cette ouverture 19. La fixation de la partie 8 est réalisée par des vis auto-taraudeuses 20 ou par des rivets dont l'extrémité supérieure affleure la surface de la plaque 18, sans faire saillie sur cette plaque. 35 Une antenne A conforme à l'invention peut être installée sur une chaussée, car elle résiste au passage des véhicules légers ou lourds. Un usage particulièrement intéressant de ce type d'antenne est de permettre à des passerelles GSM/GPRS de se connecter au réseau GSM dans de bonnes conditions, même lorsque ces passerelles sont installées dans des endroits défavorables à la propagation des ondes radio, par exemple dans des locaux enterrés (caves) ou des regards 2 (Fig. 1) recouverts d'un couvercle métallique, le transmetteur 6 se trouvant dans le regard enterré. Des campagnes de mesures ont montré des différences de niveau de réception entre l'intérieur et l'extérieur du regard de l'ordre de 15 à 30 dBm, voire plus lorsque le couvercle 1 est en fonte épaisse. L'installation de l'antenne A à l'extérieur du regard permet une amélioration sensible de la communication. lo En terme de performance un gain de 0 dBi (pas de gain, pas de perte) sera recherché dans les deux fréquences GSM 900 MHz et 1 800 MHz, indépendamment du type de support sur lequel l'antenne sera fixée. L'impédance sera de 50 Ohms. L'antenne selon l'invention convient pour toute transmission, is notamment pour une gestion technique centralisée. L'antenne, satisfaisant aux prescriptions IP 68, assure une étanchéité totale à l'eau, aux poussières. L'antenne peut être fixée sur du mobilier urbain. Cette antenne est indépendante de l'infrastructure sur laquelle elle est fixée. Elle peut être utilisée dans de nombreuses applications, par exemple pour la gestion de conteneurs, 20 de bennes, de poubelles, qui seraient munis de transmetteurs équipés d'une telle antenne. 35 REVENDICATIONS1. Antenne GSM pour transmettre ou recevoir des informations entre une machine, ou un réseau de machines, et un serveur, comprenant un brin métallique, caractérisée en ce que le brin métallique (9) de l'antenne est noyé dans un bouclier plat (8) en matière isolante et mécaniquement résistante, propre à assurer une protection mécanique et une étanchéité autour du brin métallique. to 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bords (12a) du bouclier sont en biseau d'épaisseur décroissante pour réduire les risques d'accrochage de l'antenne. 3. Antenne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le bouclier plat 15 est réalisé en deux parties (8, 12) propres à être assemblées, à savoir une partie centrale (8) comportant le brin métallique (9), et munie de moyens de fixation (11) sur son pourtour, et un encadrement (12) propre à venir se fixer sur la partie centrale, notamment par clipage, ou encliquetage, pour masquer les moyens de fixation. 20 4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que la fixation de l'encadrement (12) sur la partie centrale (8) est prévue pour être indémontable après un premier assemblage, sauf à la détériorer. 25 5. Antenne selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la partie centrale (8) du bouclier plat a la forme d'un disque tandis que l'encadrement (12) est formé par une couronne qui entoure la partie centrale. 6. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 caractérisée en ce que l'épaisseur (h) de l'antenne avec son bouclier est inférieure à 20 mm. 7. Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'épaisseur (h) de l'antenne est de l'ordre de 10 mm. 8. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes prévue pour être fixée en applique sur un support non métallique, caractérisée en ce qu' unerondelle métallique (17) est disposée contre la face du bouclier tournée vers le support. 9. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 caractérisée en ce que ses dimensions sont prévues pour permettre d'inscrire l'antenne dans un carré de 20 cm x 20 cm.