Brevet FR2944650A1 — publié le 20101022

-1- L'invention concerne le domaine des antennes. Elle concerne plus particulièrement les antennes utilisées dans le domaine de l'automobile. On connaît des antennes pour véhicule automobile, dite radios. Ce type d'antenne présente une efficacité relativement bonne (supérieure à 70 %) mais est relativement inesthétique. En outre, l'antenne peut être endommagée facilement par malveillance, provoque une nuisance sonore à haute vitesse et n'est performante que dans une largeur de bande limitée à un intervalle compris entre 87 et 108 MHz et correspondant à des fréquences radio. Or, le spectre électromagnétique comprend plusieurs bandes de fréquences dédiées à des applications diverses. En Europe, par exemple, la bande 88 û 108 MHz est dédiée à l'application de radio alors que la bande 470û 862 MHz est dédiée aux applications télévisuelles... Désormais, de nombreuses applications sont disponibles au sein d'un véhicule automobile (TV, Wi-Fi, téléphonie mobile, etc...). Toutefois, l'antenne radio est performante dans un intervalle de fréquences réduit à la bande FM mais n'est pas performante dans d'autres intervalles de fréquences, ce qui ne permet pas l'utilisation d'autres applications dans le véhicule. L'invention a pour but de fournir une antenne permettant la mise en oeuvre d'un grand nombre d'applications au sein du véhicule. A cet effet, l'invention a pour objet une antenne monopôle à bande ultralarge agencée de sorte qu'elle est apte à recevoir et/ou émettre au moins des signaux en modulation de fréquence dans une bande de fréquences prédéterminées, dite bande FM, avec un coefficient de réflexion inférieur à -6 dB. On définit une antenne à bande ultralarge comme étant une antenne présentant une bande dont la largeur de bande est supérieure à la valeur la plus petite parmi la valeur égale à 20 % de la fréquence centrale de la bande ou 500 MHz. Afin de mesurer la performance d'une antenne, on utilise un paramètre appelé S11. Le paramètre S11 représente le coefficient de réflexion de l'antenne. Si S11=0 dB, toute la puissance est réfléchie par l'antenne et aucune puissance n'est émise par l'antenne. Si S11= -10 dB, 90% de la puissance est émis par l'antenne et 10% de la puissance est réfléchie. Ainsi, pour qu'une antenne soit performante dans une bande de fréquences donnée, il est souhaitable que le paramètre S11 soit le plus petit possible en valeur algébrique et le plus grand possible en valeur absolue. Ainsi, une antenne présentant un paramètre S11=û40 dB à une fréquence donnée est plus performante qu'une antenne présentant un paramètre S11=û10 dB à cette même fréquence. On considère qu'une 2944650 -2- antenne est performante pour un intervalle de fréquences donné lorsque le paramètre S11 est sensiblement inférieur ou égal à un seuil de performance dans l'intervalle de fréquences donné. Le paramètre S11 présente alors une bande de fréquences correspondant à l'intervalle. Généralement, le seuil de performance est égal à -6 dB. 5 En étant du type à bande ultralarge, l'antenne permet d'utiliser des applications diverses telles que la téléphonie mobile, le Wi-Fi, la TV ou bien encore le DAB (Digital Audio Broadcasting ou procédé de radiodiffusion numérique). L'antenne est également performante dans la bande FM, ce qui permet d'utiliser l'application radio dans le véhicule. 10 Dans un mode de réalisation, l'antenne comprend des moyens de prédétermination de la bande FM aptes à prédéterminer une fréquence de résonance de la bande FM et/ou d'une largeur de la bande FM. De tels moyens de prédétermination permettent de régler la fréquence de résonance et/ou la largeur de la bande FM lors de la fabrication de l'antenne. Ces moyens de 15 prédétermination permettent d'adapter l'antenne aux différentes zones géographiques où elle sera utilisée. En effet, la bande FM pourra être plus ou moins étroite selon les zones géographiques si bien que l'on pourra, selon les zones, privilégier la performance de l'antenne sur une bande FM relativement étroite ou une performance moindre mais suffisamment bonne sur une bande FM relativement large. 20 Dans un autre mode de réalisation, l'antenne comprend des moyens de réglage de la bande FM aptes à régler une fréquence de résonance de la bande FM et/ou d'une largeur de la bande FM. De tels moyens de réglage permettent de ne commercialiser qu'un type d'antenne dont la fréquence de résonance et la largeur de la bande FM peuvent être modifiées par 25 l'utilisateur de l'antenne. Les moyens de réglage permettent également d'utiliser l'antenne dans différentes zones géographiques dont les bandes FM sont différentes. Selon une caractéristique optionnelle de l'antenne, elle comprend des moyens de radiation comprenant un support conducteur, de préférence plan. Avantageusement, le support étant délimité par un contour externe, l'antenne 30 comporte : - une ouverture ménagée dans le support et délimitée par un contour interne, dit de résonance, et - un trou ménagé dans le support et délimité par un contour reliant le contour interne de résonance de l'ouverture et le contour externe du support. 35 Le contour interne de résonance présente un périmètre de résonance. Le courant parcourant l'antenne utilise ce contour. Le bon choix de la valeur du périmètre, et donc le 2944650 -3- design du contour de résonance, permet d'améliorer la performance de l'antenne dans la bande FM. Ce contour peut présenter une forme générale circulaire, polygonale ou encore ovale. L'ouverture et le trou permettent, tout en conservant une antenne comprenant un 5 support plan, d'obtenir des caractéristiques d'émission et/ou de réception analogues à celles d'une antenne pliée. De façon optionnelle, les moyens de prédétermination ou les moyens de réglage de la bande FM comprennent un condensateur reliant deux portions du contour du trou se faisant face. 10 Le condensateur permet d'allonger le périmètre de résonance de l'antenne et donc d'améliorer la performance dans la bande FM. Avantageusement, l'antenne comprend des moyens de connexion de l'antenne comprenant un port d'alimentation relié au contour du trou. La position des moyens de connexion permet d'obtenir une impédance d'antenne 15 prédéterminée souhaitée. De préférence, cette impédance est sensiblement égale à celle d'un câble coaxial, c'est-à-dire 50 4. Dans un mode de réalisation, le support présente un encombrement supérieur à 0,1 m2, voire 0,15 m2, et de préférence 0,18 m2. L'encombrement correspond au produit des dimensions perpendiculaires maximales 20 du support. Dans un autre mode de réalisation, le support présente un encombrement inférieur à 0,06 m2, voire 0,04 m2, et de préférence à 0,03 m2. Il peut être souhaitable d'utiliser une antenne de taille relativement réduite, notamment pour des raisons d'encombrement ou d'esthétique. Grâce à l'antenne selon 25 l'invention, une antenne à bande ultralarge, performante dans la bande FM et de taille relativement réduite peut être utilisée. En outre, du fait de la petite taille de l'antenne, plusieurs antennes peuvent être utilisées. Cette pluralité d'antennes améliore la diversité directive et la diversité spatiale de l'antenne globale résultante par rapport à une antenne unique. Cette amélioration de la 30 diversité permet d'augmenter les performances de l'antenne. L'invention a également pour objet un ensemble d'un élément en matière plastique pour véhicule et d'une antenne, voire deux antennes, et de préférence trois antennes, telle(s) que définie(s) ci-dessus rapportée(s) sur l'élément en matière plastique. L'invention a encore pour objet un véhicule comprenant au moins une antenne telle 35 que définie ci-dessus ou un ensemble tel que définit ci-dessus. 2944650 -4- L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins dans lesquels - la figure 1 illustre un véhicule comprenant une antenne selon un premier mode 5 de réalisation ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un spoiler du véhicule de la figure 1; - la figure 3 illustre un support de l'antenne de la figure 1 ; - la figure 4 illustre un véhicule comprenant plusieurs antennes selon un deuxième 10 mode de réalisation ; - la figure 5 illustre une des antennes de la figure 4 ; - la figure 6 est une vue agrandie de la zone VI de la figure 5 ; - les figures 7 et 8 sont des figures analogues aux figures 5, 6 relatives à une antenne selon un troisième mode de réalisation ; 15 - les figures 9 à 12 sont des graphiques représentant, pour différent types d'antennes, des variations d'un paramètre de performance en fonction de la fréquence. Sur certaines de ces figures, on a représenté un repère orthogonal X, Y, Z correspondant au directions classiques transversale, longitudinale et verticale d'un 20 véhicule. On a représenté sur la figure 1 un véhicule automobile désigné par la référence générale 10. Le véhicule comprend une pièce en matière plastique 12, par exemple en polypropylène renforcé, comprenant une antenne 14A. En l'espèce, la pièce 12 est un spoiler ou aileron arrière. L'antenne 14A est rapportée sur la pièce 12, par exemple par 25 collage, et est dissimulée sous une ou plusieurs couches de peinture. En variante, la pièce 12 est une peau de pare-chocs avant ou arrière, un toit ou un capot de véhicule automobile. On a représenté sur la figure 2 l'antenne 14A et une partie métallique 16 du véhicule 10. L'antenne 14A comprend des moyens de connexion 18 comprenant un port 30 d'alimentation 20 formé par un câble coaxial 21 protégé par une gaine 22. La gaine 22 est fixée à la partie métallique 16 alors que la câble 20 est fixé à l'antenne 14A. En référence à la figure 3, l'antenne 14A est du type monopôle et à bande ultralarge. En outre, l'antenne 14A est agencée de sorte qu'elle est apte à recevoir et/ou émettre des signaux en modulation de fréquence dans une bande de fréquences prédéterminées, dite 35 bande FM. Dans la bande de fréquences prédéterminées, l'antenne présente un coefficient de réflexion inférieur à -6 dB. 2944650 -5- L'antenne 14A comprend des moyens de radiation 26 comprenant un support conducteur 28 réalisé dans un matériau conducteur comprenant, par exemple, du cuivre. Le support 28 est plan, sensiblement parallèle au plan XY et prend la forme d'une feuille adhésive. Le support 28 est délimité par un contour externe 30 et présente une forme 5 générale oblongue, de préférence elliptique et fuselée. Le contour 30 présente deux portions 30A, 30B en forme d'arc. Le support 28 est allongé selon la direction X. Le support 28 est symétrique par rapport à un plan de symétrie médian P parallèle au plan YZ. Le port d'alimentation 20 est fixé au support 28 de façon à obtenir une impédance 10 sensiblement égale à 50 0. Le support 26 présente ici une longueur de 109 cm et une largeur de 17 cm et présente donc un encombrement de 0,1853 m2 supérieur à 0,1 m2, même à 0,15 m2 et plus précisément à 0,18 m2. On a représenté sur les figures 4 à 6 une ou plusieurs antennes 14B selon un 15 deuxième mode de réalisation. Les élément analogues à ceux représentés sur les figures 1 à 3 sont désignés par des références identiques. On a représenté sur la figure 4 un véhicule automobile 10 comprenant trois antennes 14B. Les antennes 14B sont alignées en rangée suivant la direction transversale X. 20 Comme illustré sur les figures 5 et 6, le support 28 présente une forme générale en demi-ellipse et est symétrique par rapport à un plan de symétrie médian P parallèle au plan YZ. L'antenne 14B comporte une ouverture 32 ménagée dans le support 28 et délimitée par un contour interne 34, dit de résonance. D'autre part, l'antenne 14B comporte un trou 36 ménagé dans le support 28. Le trou 36 est délimité par un contour 38 25 reliant le contour interne de résonance 34 et le contour externe 30. En l'espèce, l'ouverture 32 présente une forme générale circulaire. Le contour externe 30 présente une portion 30A sensiblement parallèle à la direction X et deux portions 30B en forme d'arc. L'antenne 14B est inscrite dans un rectangle présentant des dimensions égales à 36 30 cm x 15 cm. Le support 28 présente donc un encombrement de 0,0525 m2 inférieur à 0,06 m2. L'antenne 14B comprend des moyens 40 de prédétermination de la bande FM. Ces moyens 40 comprennent, d'un part, des moyens 42 de prédétermination d'une fréquence de résonance Fo de la bande FM et, d'autre part, des moyens 44 de prédétermination 35 d'une largeur de bande A de la bande FM. En l'espèce, les moyens 42 et 44 sont mutualisés et comprennent un condensateur 46 reliant deux portions 38A, 38B du contour 2944650 -6- 38 du trou 36 se faisant face. Le port 20 est relié au contour 38 délimitant le trou 36 de façon à obtenir une impédance sensiblement égale à 50 0. En variante, l'antenne 14B comprend des moyens de réglage de la fréquence Fo et de la largeur A. Ceux-ci permettent à un utilisateur de l'antenne 14B de faire varier la 5 capacité du condensateur 46. On a représenté sur les figures 7 et 8 une antenne 14C selon un troisième mode de réalisation. Les élément analogues à ceux représentés sur les figures précédentes sont désignés par des références identiques. Le support 28 présente une forme générale en quart d'ellipse. L'antenne 14C est 10 inscrite dans un rectangle présentant des dimensions égales à 19 cm x 15 cm. Le support 28 présente donc un encombrement de 0,0285 m2 inférieur à 0,04 m2 et même à 0,03 m2. Du fait de sa taille réduite, l'antenne 14C selon le troisième mode de réalisation peut être dissimulée dans un rétroviseur de véhicule automobile. Le contour 30 présente deux portions rectilignes portion 30A et une portion 30B en 15 forme d'arc. La figure 9 représente les variations du paramètre S11 d'antennes du type de celles selon le premier mode de réalisation 14A (courbe A, tracé continu en gras) et le deuxième mode de réalisation 14B (courbe B, tracé en pointillés gras) et d'une antenne à bande ultralarge de l'état de la technique (courbe D, tracé normal) en fonction de la fréquence 20 (échelle logarithmique). Le paramètre S11 de l'antenne selon l'état de la technique est sensiblement nul entre 50 MHz et 170 MHz et inférieur à -6 dB à partir de 180 MHz. L'antenne selon l'état de la technique est donc performante dans une bande de fréquences supérieure à 180 MHz, ce qui exclut la bande de fréquences FM. 25 Le paramètre S11 de l'antenne 14A est inférieur à -6 dB à partir de 80 MHz et présente une bande FM dont la fréquence de résonance Fo,A est sensiblement égale à 110 MHz. L'antenne 14A est donc performante dans la bande de fréquences comprise entre 80 MHz et 3 GHz. L'antenne 14A est donc à bande ultralarge et couvre, entre autres, une bande de fréquences FM. 30 Le paramètre S11 de l'antenne 14B est inférieur à -6 dB sur un premier intervalle compris sensiblement entre 88 MHz et 110 MHz puis sur un second intervalle compris sensiblement entre 170 MHz et 3 GHz. Dans le premier intervalle, le paramètre S11 présente une bande FM dont la fréquence de résonance Fo,B est sensiblement égale à 100 MHz. L'antenne 14B est donc à bande ultralarge et couvre, entre autres, une bande 35 de fréquences FM. 2944650 -7- Les paramètres S11 des antennes 14A, 14B sont inférieurs à -6 dB dans un intervalle de fréquence compris entre 190 MHz et 3 GHz. La figure 10 représente les variations des paramètres S11 d'une antenne 14B du type de celle du deuxième mode de réalisation (courbe B, tracé continu en gras), d'une 5 antenne du type de celle du deuxième mode de réalisation sans l'ouverture 32 (courbe E, tracé normal en pointillés) et d'une antenne du type de celle selon le deuxième mode de réalisation sans l'ouverture 32, ni le trou 36 (courbe F, tracé normal). Le support 28 des antennes 14B dont le paramètre S11 est représenté sur la figure 10, et présente un encombrement inférieur à 0,06 m2. 10 L'absence d'ouverture 32 et de trou 36 ne permet pas de couvrir de bande de fréquences FM. De même, l'absence du trou 36 n'est pas suffisante pour permettre de couvrir une bande de fréquences FM malgré la présence de l'ouverture 32. La présence de l'ouverture 32 et du trou 36 est donc nécessaire pour que l'antenne 14B soit performante dans une bande de fréquences FM prédéterminées lorsque l'encombrement 15 est inférieur à une valeur prédéterminée, en l'espèce 0,06 m2. Le paramètre S11 de l'antenne 14B représenté sur la figure 10 présente une bande présentant une fréquence de résonance Fo,B sensiblement égale à 95 MHz. La figure 11 représente les variations des paramètres S11 d'antennes pour différentes valeurs de la capacité C du condensateur 46. 20 Chaque antenne présente un paramètre S11 présentant une bande dans un intervalle de fréquences FM sensiblement compris entre 70 MHz et 100 MHz. Chaque bande de cet intervalle présente une fréquence de résonance Fo fonction de la valeur de la capacité C du condensateur. La fréquence de résonance Fo diminue lorsqu'on augmente la valeur de la capacité C. Pour une capacité de 4.10-12 F, 7.10-12 F, 1.10-11 F et 25 1,3.10-11 F, la fréquence Fol, Fo,2, Fo,3 et Fo,4 vaut respectivement sensiblement 105 MHz, 98 MHz, 89 MHz et 79 MHz. Le condensateur 46 permet donc de prédéterminer et/ou de régler la fréquence Fo de la bande couvrant les fréquences de la bande FM. En outre, la largeur de bande A diminue lorsqu'on augmente la valeur de la capacité C. Le condensateur 46 permet donc de prédéterminer et/ou de régler la largeur de bande 30 Fo de la bande couvrant les fréquences de la bande FM. On notera que la variation de la capacité C du condensateur 46 ne modifie que peu ou pas les fréquences de résonance des autres bandes couvrant des intervalles de fréquences supérieurs à 150 MHz. La figure 12 illustre les variations des paramètres S11 d'une antenne 14B (courbe B, 35 tracé continu en gras) selon le deuxième mode de réalisation et une antenne 14C (courbe C, tracé normal) selon le troisième mode de réalisation. 2944650 -8- Comme illustré également sur les figures 9 et 10, le paramètre S11 de l'antenne 14B est inférieur à -6 dB sur un premier intervalle de fréquences compris sensiblement entre 88 MHz et 110 MHz puis sur un second intervalle de fréquences compris sensiblement entre 170 MHz et 3 GHz. L'antenne 14B est donc à bande ultralarge et couvre, entre 5 autres, une bande de fréquences FM dans laquelle elle est performante. Le support 28 de l'antenne 14C présente un encombrement inférieur à 0,03 m2. Le paramètre S11 de l'antenne 14C est inférieur à -6 dB sur un premier intervalle de fréquences compris sensiblement entre 87 MHz et 110 MHz, puis sur un second intervalle de fréquences compris sensiblement entre 170 MHz et 360 MHz et enfin sur un troisième 10 intervalle de fréquences compris sensiblement entre 560 MHz et 3 GHz. L'antenne 14C est donc à bande ultralarge et couvre, entre autres, une bande de fréquences FM dans laquelle elle est performante. Le spectre électromagnétique comprend plusieurs bandes de fréquences dédiées à des applications diverses. Ces bandes de fréquences dédiées varient sensiblement 15 suivant les zones géographiques. A titre d'exemple, les bandes de fréquences pour les applications de radio FM, DAB (Digital Audio Broadcasting), TV, véhicule à véhicule, Wi-Fi et de téléphonie mobile sont données dans le tableau 1 pour l'Europe, les Etats-Unis et le Japon. Applications Europe (MHz) Etats-Unis (MHz) Japon (MHz) Radio FM 88 û 108 88 - 106 70 - 90 DAB 174 û 237 88 - 106 470-770 TV 175 û 862 175 - 806 170 - 770 Véhicule à Véhicule 5900 5900 700 Wi-Fi 2400 û 5800 2400 - 5800 2400 - 5800 Téléphonie mobile 900 û 1800 700-2170 810 - 2170 20 Tableau 1 Chaque antenne 14A, 14B, 14C pourra être utilisée dans différentes zones géographiques en fonction des applications que l'on souhaite pouvoir utiliser. Les moyens 42, 44 de prédétermination de la fréquence Fo et de la largeur de bande A permettent 25 d'ajuster la bande de fréquences FM à la zone géographique. Les tableaux 2 (antenne du type de celle du second mode de réalisation) et 3 (antenne du type de celle du troisième mode de réalisation) ci-dessous indiquent pour chaque zone géographique Europe, Etats-Unis et Japon, l'encombrement et la valeur de la capacité C ainsi que les intervalles dans lesquels le paramètre S11 est inférieur à -6 30 dB, c'est-à-dire dans lesquels l'antenne est performante. 2944650 -9- Europe Etats-Unis Japon Encombrement (m2) 0,0525 0,0525 0,0525 Capacité (pF) 60 60 87 Intervalle de bande ultralarge 170 MHz û 6GHz 170 MHz û 6GHz 170 MHz û 6GHz présentant un S11 REVENDICATIONS1. Antenne monopôle (14A ; 14B ; 14C), caractérisée en ce qu'elle est à bande ultralarge et agencée de sorte qu'elle est apte à recevoir et/ou émettre au moins des signaux en modulation de fréquence dans une bande de fréquences prédéterminées, dite bande FM, avec un coefficient de réflexion (S11) inférieur à -6 dB. 2. Antenne (14A ; 14B ; 14C) selon la revendication 1, comprenant des moyens (42, 44) de prédétermination de la bande FM aptes à prédéterminer une fréquence de résonance de la bande FM et/ou d'une largeur de la bande FM. 3. Antenne (14A ; 14B ; 14C) selon la revendication 1, comprenant des moyens de réglage (42, 44) de la bande FM aptes à régler une fréquence de résonance de la bande FM et/ou d'une largeur de la bande FM. 4. Antenne (14A ; 14B ; 14C) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens de radiation (26) comprenant un support conducteur (28), de préférence plan. 5. Antenne (14A ; 14B ; 14C) selon la revendication 4, dans laquelle, le support (28) étant délimité par un contour externe (30), l'antenne comporte : - une ouverture (32) ménagée dans le support (28) et délimitée par un contour interne (34), dit de résonance, et - un trou (36) ménagé dans le support (28) et délimité par un contour (38) reliant le contour interne de résonance (34) de l'ouverture (32) et le contour externe (30) du support (28). 6. Antenne (14A ; 14B ; 14C) selon la revendication 2 ou 3 et selon la revendication 4, dans laquelle les moyens de prédétermination (42, 44) ou les moyens de réglage (42, 44) comprennent un condensateur (46) reliant deux portions (38A, 38B) du contour (38) du trou (36) se faisant face. 7. Antenne (14A ; 14B ; 14C) selon la revendication 5 ou 6, comprenant des moyens de connexion (18) de l'antenne, comprenant un port d'alimentation (20) relié au contour (38) du trou (36). 8. Antenne (14A) selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans laquelle le support (28) présente un encombrement supérieur à 0,1 m2, voire 0,15 m2, et de préférence 0,18 m2. 9. Antenne (14B ; 14C) selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans laquelle le support (28) présente un encombrement inférieur à 0,06 m2, voire 0,04 m2, et de préférence à 0,03 m2. 2944650 -11- 10. Ensemble d'un élément (12) en matière plastique pour véhicule et d'une antenne, voire deux antennes, et de préférence trois antennes, selon l'une quelconque des revendications précédentes rapportée(s) sur l'élément (12) en matière plastique. 11. Véhicule (10), caractérisé en ce qu'il comprend au moins une antenne 5 (14A ; 14B ; 14C) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 ou un ensemble selon la revendication 10.