Brevet FR2942676A1 — publié le 20100903

La présente invention concerne un système d'antennes compact à diversité d'ordre 2, plus particulièrement un système d'antennes pour appareils de communication sans fils tels que des plates-formes numériques multistandard. Les plates-formes numériques actuellement sur le marché proposent de multiservices à travers des liaisons sans fils. Elles doivent donc pouvoir supporter diverses standards tels que les standards pour les communications téléphoniques numériques mettant en oeuvre la fonction DECT ( pour � Digital Enhanced Cordless Telephone � en langue anglaise) io ou les standards pour les communications sans fils à haut-débit tels que les standards IEEE802.11a, b, g. D'autre part, ce type de communication sans fils se fait parfois à l'intérieur d'un local et l'on observe, dans ce cas, des phénomènes de multitrajets qui sont très pénalisants pour la qualité du signal reçu, notamment 15 des phénomènes d'interférence qui provoquent un évanouissement des signaux. Pour remédier aux problèmes ci-dessus, on utilise des systèmes d'antennes à diversité d'ordre 2. Toutefois pour obtenir une bonne diversité, il est nécessaire que les deux antennes soient parfaitement décorrélées. De 20 ce fait, l'homme de l'art a tendance à espacer les antennes l'une de l'autre. Toutefois, les appareils de communication sans fils, actuellement sur le marché, sont de plus en plus compacts, ce qui pose un problème par rapport à l'emplacement des antennes réalisées directement sur la carte électronique recevant les autres circuits de traitement. 25 Différentes solutions ont été proposées pour remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Ainsi, dans la demande de brevet WO2007/006982 au nom de THOMSON Licensing, on a proposé d'intégrer deux antennes de type F inversé dos à dos sur une carte électronique. Pour améliorer le découplage entre les deux antennes de type F inversé, une 30 fente de longueur Xg/4 est de préférence prévue. Un système d'antennes de ce type est représenté à la figure 1. Dans ce cas, sur un substrat 1 muni d'un plan de masse 2, on a gravé deux antennes 3, 4 de type F inversé. Les antennes 3 et 4 sont dans le mode de réalisation représenté, positionnées le long de la périphérie du substrat 1 en étant perpendiculaire l'une à l'autre. Elles sont reliées par leur extrémité 3', 4' formant masse tandis que les extrémités libres 3", 4" débouchent chacune sur une partie de substrat respectivement A, B qui n'est pas métallisée. Dans ce cas, les extrémités 3' et 4' sont reliées au plan de masse 2 et dans le mode de réalisation représenté, une fente 5 est prévue pour io améliorer le découplage entre les deux antennes. Chaque antenne 3 et 4 est connectée respectivement par une ligne d'alimentation 3a et 4a adaptée à 50 ohms à un port d'alimentation respectivement 3b, 4b. Ce système d'antennes présente une bonne isolation entre les deux éléments rayonnants. Toutefois, il nécessite une zone de dégagement 15 A, B devant l'élément rayonnant. Cette zone A, B ne doit comporter aucune pièce métallique pour que l'antenne fonctionne dans de bonnes conditions. La présente invention concerne donc un système d'antennes à diversité d'ordre 2 à faible coût de réalisation mais très compact et pouvant s'adapter aux fréquences de fonctionnement utilisées en communication, 20 notamment aux fréquences requises par le DECT. La présente invention a pour objet un système d'antennes à diversité d'ordre 2 intégré sur une carte électronique comprenant un premier élément rayonnant de type F inversé avec une première extrémité reliée à un plan de masse, une seconde extrémité libre et une partie conductrice 25 d'alimentation, un second élément rayonnant de type F inversé avec une première extrémité reliée à un plan de masse, une seconde extrémité libre et une partie conductrice d'alimentation, caractérisée en ce que les extrémités libres des premier et second éléments rayonnants se font face et sont séparées par une excroissance du plan de masse. 30 Selon une caractéristique supplémentaire de la présente invention, une fente est réalisée dans l'excroissance du plan de masse. De préférence, cette fente qui améliore le découplage, présente une longueur de Xg/4 où Xg est la longueur d'onde dans la ligne à la fréquence de fonctionnement. Selon une autre caractéristique supplémentaire de la présente invention, une seconde fente et une troisième fente sont réalisées dans le 5 plan de masse de chaque côté de la fente de découplage. Les deuxième et troisième fentes permettent d'adapter les dimensions de l'élément rayonnant pour obtenir un rayonnement optimal dans la bande de fréquences souhaitée. De ce fait, on obtient un système d'antennes plus compact pour une fréquence donnée. 10 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 figures ci-annexées dans lesquelles : Figure 1 déjà décrite concerne un système d'antennes selon l'art 15 antérieur. Figure 2 est une vue en perspective schématique représentant un système d'antennes à deux éléments rayonnants du type F inversé. Figure 3 représente des courbes donnant en fonction de la fréquence l'adaptation de chaque élément rayonnant et l'isolation entre les 20 deux éléments rayonnants du système d'antennes de la figure 2. Figure 4 représente en perspective schématique un système d'antennes à diversité d'antennes d'ordre 2 conforme à la présente invention. Figure 5 représente des courbes de simulation donnant 25 l'adaptation de chaque élément rayonnant et l'isolation entre les deux éléments rayonnants pour le système d'antennes représenté à la figure 4, Figure 6 est une vue en plan de dessus agrandie, donnant les différentes dimensions d'un élément rayonnant de l'antenne conforme à la présente invention. 30 Pour simplifier la description, dans les figures, les mêmes éléments portent les mêmes références. On décrira maintenant avec référence à la figure 2, un mode de réalisation d'un système d'antennes comportant deux éléments rayonnants du type F inversé qui remédie au problème de la zone de dégagement nécessaire au bon fonctionnement d'une antenne selon l'art antérieur. Dans cette antenne, il est proposé d'avoir les deux parties libres d'une antenne de type F inversé en face à face. Toutefois, si ce type d'antenne diminue l'encombrement total du système d'antennes, il ne résout pas le problème du couplage mutuel entre les éléments rayonnants bien connu de l'homme de l'art. io Comme représenté sur la figure 2, le système d'antennes est constitué par un premier élément rayonnant 11 du type F inversé gravé sur un substrat 10 présentant une métallisation 12. Ce premier élément rayonnant comporte un bras conducteur 11 a dont une extrémité est connectée au plan de masse 12 et dont l'autre extrémité 11' débouche vers 15 un coin du substrat 10. Un second élément rayonnant de type F inversé 13 est réalisé de manière semblable à l'élément 11 mais sur la partie du substrat 10 perpendiculaire à celle recevant l'élément 11. Cet élément de type F inversé 13 comporte lui aussi un bras conducteur 13a dont une partie est connectée à la masse et l'autre partie 13' est libre et fait face à la partie 20 11'. Dans ce cas, les bras 11 a et 13a sont reliés par des lignes d'alimentation 11", 13" à des circuits de traitement des signaux électromagnétiques qui peuvent être positionnés sur le substrat 10, comme représenté par l'élément 14. Cette structure présente l'avantage d'être 25 particulièrement compacte. Toutefois, les simulations réalisées sur une structure de ce type ont donné les courbes d'adaptation a, b et d'isolation c représentées à la figure 3. La courbe d'isolation c montre un couplage mutuel fort important entre les éléments rayonnants comme connu de l'homme de l'art et ne 30 permet pas d'obtenir une bonne diversité d'ordre 2. Pour remédier à cet inconvénient, tout en maintenant une bonne compacité, la présente invention propose d'intégrer entre les deux parties libres des éléments rayonnants de type F inversé, une excroissance 15 du plan de masse. Cette excroissance a la forme d'un doigt ayant une longueur compatible avec l'encombrement maximal des deux antennes. De préférence, cette excroissance est munie d'une fente 16 dont la longueur D4 s est calculée de telle sorte que D4 soit sensiblement égal à Xg/4 où Xg est la longueur d'onde guidée dans l'excroissance métallique. D'autre part, les largeurs minimales des fentes et des parties métalliques du doigt sont liées aux contraintes technologiques. Elles ont typiquement une largeur de l'ordre de 150 lm io Selon une autre caractéristique de la présente invention, deux fentes 17, 18 sont réalisées dans le plan de masse 12 de chaque côté de la fente de découplage 16. Comme représenté sur la figure 6, la longueur L1 prise en compte pour calculer la fréquence de travail de l'élément rayonnant de type F 15 inversé est alors calculée de telle sorte que L1 = D1 + H + D2 + D3 + D4. La longueur D3 est donc choisie pour adapter la fréquence de fonctionnement de l'élément rayonnant de type F inversé. Une simulation 3D, faite en utilisant un simulateur électromagnétique HFSS Ansoft basé sur la méthode des éléments finis, a 20 été réalisée sur un système d'antennes tel que décrit avec référence aux figures 4 et 6. Dans ce cas, les valeurs choisies sont telles que D1 =0.12X0 H = 0.05 X0 D2=0.155X0 25 D3 = 0.109 X0 D4 = 0.188 X0. Ces valeurs ont été utilisées de manière à assurer un fonctionnement sur la bande de fréquences comprise entre 1.88 GHz et 1.93 GHz. Le substrat utilisé est un substrat de type connu à savoir du FR4, 30 d'épaisseur 1.4 mm présentant une permittivité sr = 4.4 et une tangente de perte de 0.03. Les courbes obtenues à la figure 5 montrent que l'adaptation de chaque élément rayonnant est inférieure à -10dB dans la bande utile (courbe a, b) et que l'isolation entre les deux éléments rayonnants est inférieure à -15dB (courbe c). 20 REVENDICATIONS1 - Un système d'antennes à diversité d'ordre 2 intégré sur une carte électronique comprenant un premier élément rayonnant de type F s inversé (11) avec une première extrémité reliée à un plan de masse, une seconde extrémité libre (11') et une partie conductrice d'alimentation (Il"), un second élément rayonnant de type F inversé (13) avec une première extrémité reliée à un plan de masse, une seconde extrémité libre (13') et une partie conductrice d'alimentation (13"), caractérisée en ce que les extrémités 10 libres des premier et second éléments rayonnants se font face et sont séparées par une excroissance (15) du plan de masse (12). 2 û Système d'antennes selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une fente (16) est réalisée dans l'excroissance (15) du plan de masse 15 (12). 3 û Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fente présente une longueur de Xg/4 où Xg est la longueur d'onde dans la ligne à la fréquence de fonctionnement. 4 û Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' une seconde fente et une troisième fente sont réalisées dans le plan de masse de chaque côté de la fente de découplage. 25