Brevet FR2946803A1 — publié le 20101217

DISPOSITIF DE COUPLAGE D'UN ÉMETTEUR ET/OU RÉCEPTEUR D'ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES À UNE STRUCTURE MÉTALLIQUE UTILISÉE EN TANT QU'ANTENNE L'invention concerne l'émission et/ou la réception d'ondes électromagnétiques, et plus précisément les dispositifs assurant le couplage électrique entre un émetteur et/ou récepteur d'ondes électromagnétiques et une structure métallique. On entend ici par � émetteur et/ou récepteur d'ondes électromagnétiques � un équipement dont les éléments constituent soit un émetteur d'ondes électromagnétiques, soit un récepteur d'ondes électromagnétiques, soit encore à la fois un émetteur et un récepteur d'ondes électromagnétiques, et devant être couplé à au moins une antenne. L'invention concerne tout type de structure métallique capable de se comporter en tant qu'antenne émettrice et/ou réceptrice pour une application donnée. Certains systèmes, comme par exemple (et non limitativement) des véhicules automobiles, comportent des équipements chargés d'émettre et/ou recevoir des ondes électromagnétiques appartenant éventuellement à des bandes de fréquences différentes et/ou présentant des modulations de types différents. Ainsi, dans un véhicule automobile on peut simultanément trouver un tuner traitant des ondes FM et AM, un dispositif de verrouillage centralisé des portes par voie d'ondes (fonctionnant en récepteur), un dispositif d'aide à la navigation recevant des données de navigation d'un système de positionnement par satellites, un dispositif de téléphonie (fonctionnant en émetteur/récepteur), un dispositif de communication à courte portée (ou CB) (fonctionnant en émetteur/récepteur), un dispositif de télépéage (fonctionnant en émetteur/récepteur), et une balise de surveillance (par exemple de type RFID) (fonctionnant en émetteur/récepteur). Chacun de ces dispositifs d'émission et/ou de réception doit être couplé à au moins une antenne pour pouvoir fonctionner en réception et/ou transmettre des données. On comprendra donc que plus un système comporte de dispositifs d'émission et/ou de réception plus il doit également comprendre d'antennes, ce qui augmente son poids et son coût, et/ou peut poser des problèmes de positionnement et/ou d'esthétique et/ou de fragilité (notamment lorsque plusieurs antennes doivent être en vue). Il est certes possible de réduire les dimensions de certaines antennes, mais cela peut réduire leurs performances et/ou augmenter leur coût. Afin de réduire le nombre d'antennes d'un système, il a été proposé, notamment dans le document brevet US 4,751,514, de se servir d'une partie choisie de la structure métallique du système comme d'une antenne d'émission et/ou de réception. L'émetteur et/ou récepteur est alors connecté à la structure métallique via un câble coaxial. Plus précisément, l'âme conductrice du câble coaxial est connectée à la structure métallique (en un endroit très précis) et aux moyens de traitement de l'émetteur et/ou récepteur, et la gaine conductrice du câble coaxial est flottante. Par ailleurs, le câble coaxial doit présenter une dimension sensiblement égale à la longueur d'onde de fonctionnement. On comprendra que ce type de couplage entraîne de nombreuses contraintes qui ne sont pas toujours supportables par certains systèmes (tels que des voitures, par exemple). En outre, la gaine conductrice étant flottante elle peut ramener ou prélever des signaux hautes fréquences (HF), ce qui peut parasiter le dispositif d'émission et/ou réception, et elle n'offre pas de protection contre la foudre. L'invention a pour but de proposer une solution alternative qui ne présente pas tout ou partie des inconvénients précités. Elle propose à cet effet un dispositif, dédié au couplage électrique entre un émetteur et/ou récepteur d'ondes électromagnétiques et une structure métallique, et comprenant : - un câble coaxial comportant, d'une part, une âme conductrice comprenant une première extrémité destinée à être couplée à des moyens de traitement de l'émetteur et/ou récepteur et une seconde extrémité destinée à être couplée à la structure métallique en un premier endroit choisi afin de l'utiliser en tant qu'antenne, et d'autre part, une gaine conductrice comprenant une première extrémité destinée à être couplée à une masse de l'émetteur et/ou récepteur et une seconde extrémité, et - une bobine d'arrêt couplée à la gaine conductrice et destinée à être couplée à la structure métallique en un second endroit choisi. Le dispositif de couplage selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - sa bobine d'arrêt peut comprendre une première borne couplée à la seconde extrémité de la gaine conductrice et une seconde borne destinée à être couplée à la structure métallique au niveau du second endroit choisi ; - sa bobine d'arrêt peut être un bobinage à spires ; - dans une première variante, sa bobine d'arrêt peut être une inductance réalisée en technologie imprimée ; - dans une seconde variante, sa bobine d'arrêt peut être constituée par une partie de la gaine conductrice, dont la seconde extrémité est couplée à la structure métallique, et par un anneau métallique placé autour de la gaine conductrice à une distance de sa seconde extrémité qui est sensiblement égale à À/4, où À est une longueur d'onde d'émission ou de réception de l'émetteur et/ou récepteur. L'invention propose également un émetteur et/ou récepteur d'ondes électromagnétiques comprenant un dispositif de couplage du type de celui présenté ci-avant. Le dispositif de couplage selon l'invention est particulièrement bien adaptée, bien que non limitativement, au couplage d'un émetteur et/ou récepteur d'ondes électromagnétiques à une structure métallique d'un système qui est choisi parmi au moins un véhicule terrestre, un véhicule spatial, un véhicule maritime ou fluvial, un conteneur, un terminal de communication et un appareil électronique muni d'un blindage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un dispositif de couplage selon l'invention assurant le couplage entre un émetteur/récepteur et une partie de la structure métallique d'un véhicule automobile, - la figure 2 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de couplage entre la seconde extrémité de la gaine conductrice et une partie d'une structure métallique, via un premier exemple de réalisation de bobine d'arrêt, - la figure 3 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de couplage entre la seconde extrémité de la gaine conductrice et une partie d'une structure métallique, via un deuxième exemple de réalisation de bobine d'arrêt, - la figure 4 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de couplage entre la seconde extrémité de la gaine conductrice et une partie d'une structure métallique, via un troisième exemple de réalisation de bobine d'arrêt, et - la figure 5 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de couplage entre les secondes extrémités respectives des gaine conductrice et âme conductrice et deux zones différentes d'une structure métallique. Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention a pour but d'offrir un dispositif (D) destiné à coupler électriquement un émetteur et/ou récepteur d'ondes électromagnétiques (ER) à une structure métallique (SM) d'un système (V) afin d'utiliser cette structure métallique (SM) en tant qu'antenne. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le système est un véhicule automobile, comme par exemple une voiture. Mais, l'invention n'est pas limitée à ce type de système. Elle concerne en effet tout type de système comprenant au moins une structure métallique pouvant servir d'antenne d'émission et/ou de réception, et notamment les véhicules terrestres (comme par exemple les voitures, les motocyclettes, les camions, les cars, les véhicules utilitaires, les trains, les tramways et les engins de chantier), les véhicules spatiaux (comme par exemple les avions et les navettes), les véhicules maritimes ou fluviaux (comme par exemple les bateaux), les conteneurs, les terminaux de communication (comme par exemple les ordinateurs (fixes ou portables), les téléphones (fixes ou mobiles), les assistants personnels numériques (ou PDAs) et les consoles de jeux communicantes) et les appareils électroniques communicants et munis d'un blindage. On a schématiquement représenté sur la figure 1 un exemple de dispositif de couplage D selon l'invention, assurant le couplage entre un émetteur/récepteur d'ondes électromagnétiques ER (comme par exemple un équipement de téléphonie) et une partie d'une structure métallique SM d'une voiture V (comme par exemple son châssis ou sa carrosserie). Comme illustré, ce dispositif de couplage D comprend un câble coaxial CC et une bobine d'arrêt (ou � self de choc � ou encore � choke coil � (en anglais)) BA. Le câble coaxial CC comporte classiquement une âme conductrice AC entourée d'une gaine conductrice GC. Selon l'invention, l'âme conductrice AC comprend une première extrémité E11, qui est destinée à être couplée aux moyens de traitement MT de l'émetteur/récepteur ER (par exemple via un connecteur approprié), et une seconde extrémité E12, qui est opposée à la première E11 et destinée à être couplée à la structure métallique SM en un premier endroit choisi afin d'utiliser cette structure métallique SM en tant qu'antenne. Dans ce qui suit et ce qui précède, le mot � couplé � signifie soit connecté directement, soit connecté indirectement, par exemple via un câble électrique de liaison. La gaine conductrice GC comprend une première extrémité E21, qui est destinée à être couplée à une masse de l'émetteur/récepteur ER (par exemple celle qui est couplée électriquement au châssis via le câble d'alimentation), et une seconde extrémité E22 opposée à la première E21. La bobine d'arrêt BA est couplée à la gaine conductrice GC et destinée à être couplée à la structure métallique SM en un second endroit choisi. Ce couplage de la gaine conductrice GC via la bobine d'arrêt BA permet d'assurer une continuité de la masse continue (ou DC) et donc de laisser passer le courant continue tout en empêchant quasi totalement le passage des hautes fréquences (HF) via la gaine conductrice GC. Il n'y a donc (quasiment) pas de prélèvement du signal utile qui transite par le câble coaxial CC. La bobine d'arrêt BA peut être agencée de différentes manières en fonction de l'application visée et de la bande de fréquences de fonctionnement de l'émetteur/récepteur ER. Par exemple, on peut utiliser une bobine d'arrêt BA qui se présente sous la forme d'une inductance réalisée en technologie imprimée (par exemple sur un circuit imprimé (ou PCB (pour � Printed Circuit Board �)). Un exemple d'inductance en technologie imprimée BA est schématiquement illustré sur la figure 2. Dans cet exemple, l'inductance BA comprend une première borne B1, qui est couplée à la seconde extrémité E22 de la gaine conductrice GC, et une seconde borne B2, qui est destinée à être couplée à la structure métallique SM au niveau du second endroit choisi. Ce mode de réalisation est bien adapté aux applications hautes fréquences (HF). On peut également utiliser une bobine d'arrêt BA qui se présente sous la forme d'un bobinage à spires. Un exemple de bobinage à spires BA est schématiquement illustré sur la figure 3. Dans cet exemple, le bobinage à spires BA comprend une première borne B1, qui est couplée à la seconde extrémité E22 de la gaine conductrice GC, et une seconde borne B2, qui est destinée à être couplée à la structure métallique SM au niveau du second endroit choisi. Ce mode de réalisation est bien adapté aux applications basses fréquences (BF). On peut également utiliser, comme illustré schématiquement sur la figure 4, une bobine d'arrêt BA qui est constituée par une partie de la gaine conductrice GC, comprenant la seconde extrémité E22 (qui est ici couplée à la structure métallique SM au niveau du second endroit choisi), et un anneau 3o métallique AM placé autour de la gaine conductrice CC à une distance d de sa seconde extrémité E22 qui est sensiblement égale à À/4. À est une longueur d'onde d'émission ou de réception de l'émetteur/récepteur ER. L'anneau métallique AM est ici destiné à créer un court-circuit à ,V4 qui forme un circuit ouvert et donc permet d'empêcher le passage des courants hautes fréquences. Ce mode de réalisation est bien adapté aux applications à hautes fréquences du fait de leurs petites longueurs d'onde. Comme indiqué ci-avant, la bobine d'arrêt BA est définie en fonction de l'application qui est visée et de la bande de fréquences de fonctionnement de l'émetteur/récepteur ER. Ce choix peut être effectué au moyen de simulations ou bien empiriquement. On notera cependant que, lorsqu'il devient difficile de définir précisément la bobine d'arrêt BA en raison de contraintes particulières liées au système V et/ou à l'application visée, il est possible de relâcher ces contraintes en choisissant des premier et second endroits particuliers Z1 et Z2 de la structure métallique SM, par exemple présentant des caractéristiques électriques différentes (comme illustré sur la figure 5). L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de dispositif de couplage, d'émetteur et/ou récepteur d'ondes électromagnétiques et de système décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Dispositif (D) de couplage électrique entre un émetteur et/ou récepteur d'ondes électromagnétiques (ER) et une structure métallique (SM), caractérisé en ce qu'il comprend i) un câble coaxial (CC) comportant, d'une part, une âme conductrice (AC) comprenant une première extrémité (E11) destinée à être couplée à des moyens de traitement (MT) dudit émetteur et/ou récepteur (ER) et une seconde extrémité (E12) destinée à être couplée à ladite structure métallique (SM) en un premier endroit choisi afin de l'utiliser comme antenne, et d'autre part, une gaine conductrice (GC) comprenant une première extrémité (E21) destinée à être couplée à une masse dudit émetteur et/ou récepteur (ER) et une seconde extrémité (E22), et ii) une bobine d'arrêt (BA) couplée à ladite gaine conductrice (GC) et destinée à être couplée à ladite structure métallique (SM) en un second endroit choisi. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite bobine d'arrêt (BA) comprend une première borne (B1) couplée à ladite seconde extrémité (E22) de la gaine conductrice (GC) et une seconde borne (B2) destinée à être couplée à ladite structure métallique (SM) audit second endroit choisi. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite bobine d'arrêt (BA) est un bobinage à spires. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite bobine d'arrêt (BA) est une inductance réalisée en technologie imprimée. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite bobine d'arrêt (BA) est constituée par une partie de ladite gaine conductrice (GC) dont ladite seconde extrémité (E22) est couplée à ladite structure métallique (SM, et par un anneau métallique (AM) placé autour de ladite gaine conductrice (GC) à une distance de sa seconde extrémité (E22) qui est sensiblement égale à À/4, où À est une longueur d'onde d'émission ou de réception dudit émetteur et/ou récepteur (ER). 6. Emetteur et/ou récepteur d'ondes électromagnétiques (ER),caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de couplage (D) selon l'une des revendications précédentes. 7. Utilisation du dispositif de couplage (D) selon l'une des revendications 1 à 5 pour le couplage d'un émetteur et/ou récepteur d'ondes électromagnétiques (ER) à une structure métallique (SM) d'un système (V) choisi dans un groupe comprenant au moins un véhicule terrestre, un véhicule spatial, un véhicule maritime ou fluvial, un conteneur, un terminal de communication et un appareil électronique muni d'un blindage.