Brevet FR3003698A1 — publié le 20140926

La présente invention concerne une antenne destinée à être utilisée dans des dispositifs de télécommunication mobiles. Les dispositifs de télécommunication portables actuels, tels que par exemple les téléphones portables, les tablettes communicantes ou encore les dispositifs de télémesures, doivent être capables d'émettre et/ou de recevoir des signaux dans une pluralité de bandes de fréquences. Par exemple, la nouvelle norme de télécommunication 3GPP LTE, appelée aussi 4G, ouvre un grand nombre de sous bandes de fréquences dans lesquelles les dispositifs de télécommunication doivent émettre et/ou recevoir des signaux. Les sous bandes de fréquences sont comprises entre 700MHz et 2700MHz. La sous bande de fréquence 700 à 800MHz, la sous-bande de fréquence 824 à 960MHz, et les sous 10 bandes de fréquences comprises entre 1710 MHz et 2700 MHz en sont des exemples. La ou les antennes des dispositifs de télécommunication portables doivent être aptes à émettre et/ou recevoir des signaux électromagnétiques dans ces sous bandes de fréquence. Les sous bandes de fréquences les plus basses imposent des antennes de taille importante tandis que la miniaturisation des dispositifs de télécommunication 15 portables impose des impératifs d'encombrement réduit aux antennes. La présente invention a pour but de résoudre ces différentes contraintes en proposant une antenne qui soit apte à rayonner et/ou à convertir des ondes électromagnétiques dans un large spectre de fréquence tout en étant d'un encombrement réduit. 20 A cette fin, selon un premier aspect, l'invention propose une antenne constituée d'au moins deux brins rayonnants et un plan de masse, caractérisée en ce que un premier brin est placé en vis-à-vis du plan de masse de manière à créer une première cavité résonante, un second brin est plié plusieurs fois de manière à créer au moins une forme de U formant au moins une seconde cavité résonante et en ce que les 25 cavités résonantes sont couplées l'une à l'autre. Ainsi, l'antenne est apte à rayonner et/ou à convertir des ondes électromagnétiques dans un large spectre de fréquence tout en étant d'un encombrement réduit. La combinaison des brins, des cavités résonantes et du fort couplage entre les 30 cavités résonantes permet à l'antenne de couvrir une bande de fréquence bien plus importante que celle obtenue par couplage d'une antenne classique avec un élément parasite ou avec une autre antenne tout en étant de faible encombrement. La combinaison des brins, des cavités résonantes et du fort couplage entre les cavités résonantes donne à l'antenne une très bonne stabilité d'adaptation lorsque les éléments rayonnants sont soumis à un environnement de proximité différent de l'espace libre, tel qu'un doigt ou une tête ou à proximité d'éléments métalliques. L'antenne selon la présente invention est adaptée pour être embarquée dans tout objet de taille réduite, tel un téléphone portable, un PDA, une clé USB, une tablette, un ordinateur portable fonctionnant à proximité de corps humains. De plus, l'antenne selon la présente invention est peu sensible au redimensionnement du plan de masse ou à l'implantation de nouveaux blindages. Selon un mode particulier de l'invention, la distance entre le premier brin et le plan de masse est comprise entre X/10 et X/30 et l'ouverture de la seconde cavité a une largeur comprise entre X/10 et X/300 où k est la plus grande longueur des ondes électromagnétiques émises et/ou reçues par l'antenne. Selon un mode particulier de l'invention, les cavités résonantes sont distantes l'une de l'autre de X/10 à k/30. Selon un mode particulier de l'invention, les premier et second brins sont coplanaires au plan de masse ou à un élément du plan de masse. Selon un mode particulier de l'invention, le premier brin est parallèle à un des bords du plan de masse ou à l'élément du plan de masse. Selon un mode particulier de l'invention, le second brin est plié pour former plusieurs formes en U. Selon un mode particulier de l'invention, l'antenne est constituée de trois brins rayonnants, le troisième brin est plié plusieurs fois de manière à créer au moins une forme de U formant au moins une troisième cavité résonante. Selon un mode particulier de l'invention, la dimension du premier brin et la distance du premier brin par rapport au plan de masse sont adaptées pour les ondes électromagnétiques émises et/ou reçues ayant les plus petites longueurs d'ondes. Selon un mode particulier de l'invention, la dimension et les plis du second brin sont adaptés au moins pour les ondes électromagnétiques émises et/ou reçues ayant les plus longues longueurs d'ondes. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 représente un premier exemple de réalisation d'une antenne selon la présente invention ; la Fig. 2 représente un second exemple de réalisation d'une antenne selon la présente invention ; la Fig. 3 représente un troisième exemple de réalisation d'une antenne selon la présente invention ; la Fig. 4 représente un quatrième exemple de réalisation d'une antenne selon la présente invention ; la Fig. 5 représente un cinquième exemple de réalisation d'une antenne selon la présente invention. La Fig. 1 représente un premier exemple de réalisation d'une antenne selon la présente invention. L'antenne est constituée de deux brins rayonnants 12 et 13 reliés par l'intermédiaire d'une connexion 11 à un modulateur démodulateur, non représenté en Fig. 1, qui génère les signaux électriques que l'antenne doit émettre et qui traite les signaux radio reçus par l'antenne. Les brins 12 et 13 sont par exemple coplanaires au plan de masse 10. Le modulateur démodulateur est relié à un plan de masse 10. Le plan de masse 10 est par exemple un circuit ou un boîtier métallique. Le brin 13 est parallèle à un des côtés du plan de masse 10 de manière à créer une première cavité résonante 15. Le brin 12 est plié plusieurs fois de manière à créer une forme de U formant une seconde cavité résonante 14. Le couplage 16 entre les cavités résonantes 14 et 15 permet d'obtenir une large plage de fonctionnement de l'antenne. La distance entre le brin 13 et le plan de masse 10 est comprise entre 2\110 et 2\130 où X, est la plus grande longueur des ondes électromagnétiques émises et/ou reçues par l'antenne. L'ouverture d de la cavité résonante 14 a une largeur comprise entre 2\110 et 2\1300 où X, est la plus grande longueur des ondes électromagnétiques émises et/ou reçues par l'antenne. Les cavités résonantes 14 et 15 sont distantes l'une de l'autre de 2\110 à 2\130. L'antenne, selon la présente invention, est apte à fonctionner dans des plages de fréquences telles que 824-960MHz et 1710-2700MHZ ou plus, ou 700-824MHz et 1710-2700MHz ou la bande de fréquence utilisée pour le Wifi à 5GHz. Les dimensions et les formes des brins 12 et 13 sont déterminées de manière à réaliser un fort couplage capacitif entre les cavités résonantes 14 et 15. La localisation des cavités 14 et 15, la localisation des zones de fort couplage présentes à l'ouverture d de chaque cavité 14 et 15 et la localisation de la zone de couplage 16 ainsi que la distance minimale entre ces différentes zones, dépendent des fréquences de résonances voulues pour les éléments de l'antenne. Ces localisations dépendent de la répartition des courants aux fréquences considérées. En effet, pour chacune des cavités 14 et 15 couplées entre elles, une répartition de courant la plus équilibrée est obtenue afin d'au minimum doubler la largeur de la sous-bande haute couverte qui est par exemple de1710-2700MHz par l'un des brins. Cet effet peut être considéré comme analogue à celui employé par certains réseaux d'antennes à large bande, sans pour autant induire une directivité du diagramme de rayonnement, ou celui obtenu par une antenne large bande de grandes dimensions comparativement à l'antenne décrite ici. Les répartitions de courant sur les brins sont dépendantes de la structure de l'antenne et du plan de masse 10. La Fig. 2 représente un second exemple de réalisation d'une antenne selon la présente invention. L'antenne est constituée de deux brins rayonnants 22 et 23 reliés par l'intermédiaire d'une connexion 21 à un modulateur démodulateur. Les brins 22 et 23 sont par exemple coplanaires au plan de masse 20. Le modulateur démodulateur est relié à un plan de masse 20. Le plan de masse 20 est par exemple un circuit ou un boîtier métallique. Le brin 23 est parallèle à un des côtés du plan de masse 20 de manière à créer une première cavité résonante 25. Le brin 22 est plié plusieurs fois de manière à créer une pluralité de formes en U successives. Chaque U contribue à la formation d'une cavité résonante. L'ensemble des cavités résonantes est noté 24 en Fig. 2. Le couplage 26 entre les cavités résonantes 24 et 25 permet d'obtenir une large plage de fonctionnement de l'antenne. La distance entre le brin 23 et le plan de masse 20 est comprise entre 2\,/10 et 2\,/30 où X, est la plus grande longueur des ondes électromagnétiques émises et/ou reçues par l'antenne. Les ouvertures des cavités résonantes formées par les U ont une largeur comprise entre 2\/10 et 2\1300. Il est à remarquer ici que les ouvertures peuvent être de valeurs différentes les unes par rapport aux autres. Les cavités résonantes 24 et 25 sont distantes l'une de l'autre de 2\/4 à 2\/30 La Fig. 3 représente un troisième exemple de réalisation d'une antenne selon la présente invention. L'antenne est constituée de trois brins rayonnants 32, 33 et 38 reliés par l'intermédiaire d'une connexion 31 à un modulateur démodulateur. Les brins 32, 33 et 34 sont par exemple coplanaires au plan de masse 30. Le modulateur démodulateur est relié à un plan de masse 30. Le plan de masse 30 est par exemple un circuit ou un boîtier métallique. Le brin 33 est parallèle à un des côtés du plan de masse 20 de manière à créer une première cavité résonante 35. Le brin 32 est plié plusieurs fois de manière à créer une pluralité de formes en U successives. Chaque U contribue à la formation d'une cavité résonante. L'ensemble des cavités résonantes est noté 34 en Fig. 3. Le couplage 36 entre les cavités résonantes 34 et 35 permet d'obtenir une large plage de fonctionnement de l'antenne. La distance entre le brin 33 et le plan de masse 30 est comprise entre 2\/10 et 2\/300 où X, est la plus grande longueur des ondes électromagnétiques émises et/ou reçues par l'antenne. Le brin 38 est plié plusieurs fois de manière à créer au moins une forme de U formant au moins une autre cavité résonante qui n'est que faiblement ou pas couplée aux autres cavités résonantes. Les ouvertures des cavités résonantes formées par les U ont une largeur comprise entre 2\/10 et 2\/300. Il est à remarquer ici que les ouvertures peuvent être de valeurs différentes les unes par rapport aux autres. La Fig. 4 représente un quatrième exemple de réalisation d'une antenne selon la présente invention. Les éléments notés 40 à 46 en Fig. 4 sont identiques aux éléments notés 20 à 26 en Fig. 2. L'antenne de la Fig. 4 est identique à l'antenne telle que décrite en référence à la Fig. 2 à la seule différence que l'angle d'inclinaison du brin 23 en Fig. 2, et noté 43 en Fig. 4, permet de faire varier les caractéristiques de la cavité entre le plan de masse 10 et le brin 43 ainsi que le couplage 46 entre les deux cavités 45 et 46. Cet angle est par exemple compris entre 0 et 20 degrés. La Fig. 5 représente un cinquième exemple de réalisation d'une antenne selon la présente invention. L'antenne est constituée de deux brins rayonnants 52 et 53 reliés par l'intermédiaire d'une connexion 51 à un modulateur démodulateur. Les brins 22 et 23 sont par exemple coplanaires au plan de masse 50 et à un élément 59 du plan de masse 50 ou sont par exemple coplanaires à l'élément 59 du plan de masse 50. Le modulateur démodulateur est relié à un plan de masse 50 et à l'élément 59 du plan de masse 50. Le plan de masse 50 est par exemple un circuit ou un boîtier métallique. Le brin 53 est parallèle à l'élément 59 du plan de masse 50, le plan de masse 50 étant ou non parallèle à l'élément 59. Le brin 53 est parallèle à l'élément 59 du plan de masse 50 de manière à créer une première cavité résonante 55. Le brin 52 est plié plusieurs fois de manière à créer une pluralité de formes en U successives. Chaque U contribue à la formation d'une cavité résonante. L'ensemble des cavités résonantes est noté 54 en Fig. 5. Le couplage 56 entre les cavités résonantes 54 et 55 permet d'obtenir une large plage de fonctionnement de l'antenne. La distance entre le brin 53 et le plan de masse 50 est comprise entre 2\110 et 2\130 où X, est la plus grande longueur des ondes électromagnétiques émises et/ou reçues par l'antenne. Les ouvertures des cavités résonantes formées par les U ont une largeur comprise entre 2\110 et 2\1300. Il est à remarquer ici que les ouvertures peuvent être de valeurs différentes les unes par rapport aux autres. Les cavités résonantes 54 et 55 sont distantes l'une de l'autre de 2\/4 à 2\130 Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ici, mais englobe, bien au contraire, toute variante à la portée de l'homme du métier et particulièrement la combinaison de différents modes de réalisation de la présente invention. REVENDICATIONS1) Antenne constituée d'au moins deux brins rayonnants (12, 13) et un plan de masse (10), caractérisée en ce que un premier brin (13) est placé en vis-à-vis du plan de masse (10) de manière à créer une première cavité résonante (15), un second brin (12) est plié plusieurs fois de manière à créer au moins une forme de U formant au moins une seconde cavité résonante (14) et en ce que les cavités résonantes sont couplées (16) l'une à l'autre. 2) Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la distance entre le premier brin et le plan de masse est comprise entre 2\110 et 2\130 et l'ouverture de la seconde cavité a une largeur comprise entre 2\110 et 2\1300 où X, est la plus grande longueur des ondes électromagnétiques émises et/ou reçues par l'antenne. 3) Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que les cavités résonantes sont distantes l'une de l'autre de 2\/4 à 2\130. 4) Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les premier et second brins sont coplanaires au plan de masse ou à un élément du plan de masse. 5) Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le premier brin est parallèle à un des bords du plan de masse ou à l'élément du plan de masse. 6) Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le second brin est plié pour former plusieurs formes en U. 7) Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'antenne est constituée de trois brins rayonnants, le troisième brin est plié 30 plusieurs fois de manière à créer au moins une forme de U formant au moins une troisième cavité résonante. 8) Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la dimension du premier brin et la distance du premier brin par rapport au plan demasse sont adaptées pour les ondes électromagnétiques émises et/ou reçues ayant les plus petites longueurs d'ondes. 9) Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la dimension et les plis du second brin sont adaptés au moins pour les ondes électromagnétiques émises et/ou reçues ayant les plus longues longueurs d'ondes.