Brevet FR3027455A1 — publié le 20160422

La présente invention concerne une batterie utilisée en tant qu'antenne pour un dispositif électronique portable adapté pour émettre et / ou recevoir des signaux radio fréquence. Plus particulièrement la batterie selon l'invention est destinée à équiper des dispositifs de surveillance de la pression des pneus et / ou des dispositifs d'accès (démarrage) de véhicule automobile, ou des dispositifs portables appelés à transmettre des signaux sans fil. Il est déjà connu, dans le domaine automobile de munir les véhicules de dispositifs de surveillance de la pression des pneus. De tels dispositifs sont habituellement constitués par : - un module de roue, implanté sur chaque roue du véhicule et adapté pour mesurer la pression régnant à l'intérieur du pneu (ainsi que d'autres paramètres comme la température, l'accélération etc...) et, - une unité électronique (calculateur) implantée sur le châssis du véhicule. Les paramètres mesurés par le module de roue sont régulièrement transmis (par liaison sans fil) à l'unité électronique située sur le châssis. Cette transmission se fait par signaux LF (« Low Frequency » en langue anglaise pour Basse fréquence), RF (« Radio Frequency » en langue anglaise, pour Radio Fréquence), UWB (« Ultra Wide Band » en langue anglaise, pour à Bande Ultra Large). Les signaux envoyés et reçus peuvent utiliser des fréquences de l'ordre de quelques kHz (par exemple 125 kHz) à quelques MHz (par exemple 315 MHz, 433 MHz) ou plusieurs GHz (par exemple 2,4 GHz). L'émission des paramètres mesurés nécessite, au niveau de chaque roue du véhicule, que le module de roue ait une alimentation électrique autonome et une antenne d'émission (voire également de réception). Bien entendu ce module de roue doit être le plus petit et le plus léger possible tout en consommant le moins d'énergie possible. Or à ce jour ces modules de roues comportent des batteries de type pile bouton, des composants électroniques disposés sur un circuit électronique et une antenne. Cette antenne prend souvent la forme d'une antenne boucle et est relativement volumineuse. Pour diminuer l'encombrement et le prix de fabrication des modules de roue, il est connu de supprimer l'antenne présente dans les modules de roues en utilisant les languettes de connexion de la batterie en tant qu'antenne. Ainsi la batterie joue un double rôle, d'antenne et de source d'alimentation électrique, ce qui permet de ne plus utiliser d'antenne dédiée et donc de réduire le poids, faciliter le processus de fabrication, réduire les dimensions et en conséquence le coût du module de roue. Il existe d'autres dispositifs installés dans le véhicule ou transportés par le conducteur, comme par exemple les dispositifs d'accès et de démarrage (badge clés, ...), les Smartphone, dans lesquels l'utilisation d'une batterie en tant qu'antenne permet également de réduire les coûts de fabrication et les dimensions. Cependant l'utilisation des languettes de connexion d'une batterie en tant qu'antenne présente un inconvénient. En effet ces languettes de connexion (au nombre 5 de deux - une connexion au pôle positif de la batterie et une connexion au pôle négatif de la batterie) sont chacune solidaire d'une face de la batterie ou de deux éléments placés de part et d'autre de la batterie. Ce faisant, étant réparties de part et d'autre de la batterie, lorsqu'elles sont utilisées en tant qu'antennes, les signaux reçus par cette antenne traversent la batterie. Ceci peut modifier les caractéristiques de l'antenne dans le temps et 10 dégrader la performance radio fréquence du produit. En effet la constitution chimique de la batterie, ses dimensions, les matériaux utilisés, créent une inductance / résistance / capacité parasite (c'est-à-dire une impédance parasite) interne qui évolue dans le temps en raison du vieillissement des matériaux constituant la batterie. Il est donc très difficile de modéliser ces variations et de les contrer 15 en introduisant des valeurs de correction. En outre il s'avère difficile de faire fabriquer des batteries qui auraient une impédance parasite déterminée. Les fabricants de batterie ne sont pas à même de mesurer et surveiller cette impédance parasite. Cette impédance parasite difficilement modélisable est également liée au processus de fabrication de la batterie ce qui fait qu'elle diffère pour des fabricants 20 différents même si la puissance et les dimensions de la batterie sont par ailleurs identiques. La présente invention a donc pour but de supprimer la dépendance de la batterie formant antenne, aux paramètres physiques de vieillissement de cette batterie. A cet effet la présente invention concerne une batterie munie d'un pôle positif 25 et d'un pôle négatif et de deux languettes de connexion électrique, chacune solidarisée à l'un de ses pôles. Selon l'invention la batterie comporte en outre au moins une languette de connexion supplémentaire solidarisée à l'un de ses pôles, formant élément rayonnant avec la languette de connexion électrique solidarisée au même pôle de la batterie. 30 Ainsi, de manière connue, la batterie est adaptée pour alimenter en énergie électrique tout dispositif par l'intermédiaire des deux languettes de connexion électrique solidarisées chacune à un pôle de la batterie, mais en outre, selon l'invention, au moins une troisième languette est fixée à l'un des pôles de la batterie pour émettre ou recevoir des signaux radiofréquences en association avec la languette de connexion électrique 35 solidarisé au même pôle de la batterie. De ce fait les signaux émis ou reçus par les languettes formant antenne ne traversent plus la batterie. Les deux languettes constituant l'antenne sont en effet solidarisées à un même pôle de la batterie et donc sur une même face de la batterie. De ce fait le signal émis / reçu transite d'une languette à l'autre sans traverser la batterie. Ceci permet de supprimer toute dépendance aux paramètres physiques de vieillissement de la batterie liée au passage d'un signal par l'intérieur d'une batterie et de 5 s'affranchir de toutes impédances parasites de la batterie. Ainsi l'invention consiste à empêcher les signaux reçus / émis par les éléments formant antenne de traverser la batterie. A cet effet les signaux reçus / émis par la batterie sont guidés autour de la batterie. L'invention permet notamment de s'affranchir des caractéristiques 10 intrinsèques (essentiellement chimiques) de la batterie. Avantageusement la languette de connexion supplémentaire est reliée à un circuit électronique. Avantageusement encore la languette de connexion supplémentaire constitue une antenne boucle avec la languette associée au même pôle de la batterie. En 15 variante cette languette de connexion supplémentaire constitue une antenne monopôle. Selon un mode de réalisation de l'invention la languette de connexion supplémentaire constitue avec l'une des languettes de connexion électriques une antenne planaire en forme de F inversé (PIFA pour Planar Inverted F Antenna en langue anglaise), une première languette de connexion est reliée d'une part à l'un des pôles de la batterie 20 et d'autre part à la masse, une seconde languette de connexion est reliée d'une part à l'autre des pôles et d'autre part reçoit un signal d'excitation. La languette de connexion supplémentaire formant une piste rayonnante (c'est-à-dire une antenne). Avantageusement la fréquence de résonnance de l'antenne PIFA est fixée par le positionnement et /ou les dimensions de la languette de connexion supplémentaire. 25 D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui suit, à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 est une vue schématique en coupe illustrant une batterie selon l'art antérieur mis en place sur un circuit électronique, 30 - La figure 2 est une vue schématique semblable à la figure 1, d'une batterie selon la présente invention, - Les figures 3a à 3c, sont des vues schématiques de dessus de différentes variantes de positionnement de la languette supplémentaire lorsqu'elle est solidarisée à un pôle positif de la batterie, 35 - Les figures 4a à 4c sont des vues schématiques de dessus de différentes variantes de positionnement de la languette supplémentaire lorsqu'elle est solidarisée à un pôle négatif de la batterie, - La figure 5a est une vue schématique en perspective, illustrant une variante de l'antenne selon l'invention en forme de F inversé (PIFA), avec connexion de la languette supplémentaire au pôle positif, - La figure 5b est une vue schématique illustrant un schéma électrique 5 équivalent au montage illustré figure 5a, - La figures 6a est une vue schématique, illustrant une variante de l'antenne selon l'invention en forme de F inversé (PIFA) avec connexion de l'antenne supplémentaire au pôle négatif, et - La figure 6b est une vue schématique illustrant un schéma électrique 10 correspondant à l'antenne représentée à la figure 6a, Comme illustré à la figure 1, les batteries 10 de type connu sont par exemple constituées d'une pile bouton, dont chacune des faces 10a et 10b constitue un des pôles de la batterie. Dans l'exemple représenté la face 10a est un pôle positif et la face 10b est un pôle négatif. 15 Cette batterie est munie de manière connue en soi de deux languettes de connexion électrique 11 et 12. Chacune de ces languettes est solidarisée de manière connue en soi (le plus souvent par soudure, mais aussi par griffage, ...) à un des pôles de la batterie. Une telle batterie est appelée à être mise en place sur un circuit 20 électronique 13 (PCB pour « Printed Circuit Board » en langue anglaise) de manière à alimenter ce circuit électronique en énergie électrique et pour recevoir ou émettre des signaux S vers un dispositif électronique distant (non représenté). Lorsque les languettes de connexion de la batterie sont utilisées en tant qu'antenne, le signal S reçu / émis transite par l'intérieur de la batterie pour passer d'une 25 languette à l'autre. Comme indiqué précédemment ce transit à l'intérieur de la batterie induit des variations d'impédance parasite, difficilement mesurables et modélisables. En outre ces variations ne sont pas stables dans le temps et évoluent en fonction des composants chimiques utilisés dans la batterie, de l'usure de la batterie, de son mode de fabrication, des fabricants de batteries... 30 Le but de la présente invention est donc de s'affranchir des variations parasites créées dans les batteries utilisées en tant qu'antenne. A cet effet selon l'invention (figure 2), au moins une languette de connexion 14 supplémentaire est solidarisée à l'un des pôles de la batterie. Dans l'exemple représenté à la figure 2 cette languette supplémentaire est solidarisée au pôle 35 positif de la batterie 10 tout comme la languette de connexion 11. En variante, comme on le verra plus loin, la languette de connexion 14 pourrait tout aussi bien être solidarisée au pôle négatif de la batterie, sans que cela ne change la portée de l'invention. Comme le montre la figure 2, la batterie 10 est adaptée pour alimenter un circuit électronique 13 par l'intermédiaire d'une languette de connexion 11 à un pôle positif et par une languette de connexion 12 à un pôle négatif. La batterie 10 est également adaptée pour recevoir tout signal S radio fréquence par l'intermédiaire de la languette de connexion 14 supplémentaire couplée à la languette de connexion 11. Ce faisant l'ensemble des languettes de connexion 14 et 11 forme une antenne boucle. En ajoutant la languette de connexion 14 supplémentaire on oblige les courants radiofréquences reçus ou émis par l'antenne boucle 11, 14 à transiter à la périphérie de la batterie sans jamais pénétrer à l'intérieur. De ce fait en canalisant ces courants radiofréquences en dehors de la batterie, le signal S reçu / émis n'est plus soumis aux variations d'impédances liées aux paramètres internes de la batterie. L'ajout de la languette 14 supplémentaire est peu onéreux, puisqu'il s'agit d'une simple languette métallique conductrice. Cette languette n'est pas non plus difficile à mettre en place puisqu'elle se fixe à la batterie de la même manière que les languettes de connexion 11 et 12 déjà existantes. Par contre elle permet de canaliser (guider) le signal S reçu / émis en dehors de la batterie et de le maintenir hors des zones de variations situées à l'intérieur de la batterie. L'invention permet ainsi de manière peu onéreuse d'éviter de déterminer et de modéliser les variations d'impédances ayant lieu à l'intérieur de la batterie, alors même que ces phénomènes sont encore peu connus et peu stables. Comme le montre les figures 3a à 3c, le positionnement de la languette supplémentaire 14 à la périphérie de la batterie 10 peut être parallèle à celui de la languette de connexion 11 (figure 3a), perpendiculaire à la languette de connexion 11 (figure 3b) ou sensiblement dans l'alignement et à l'opposé de la languette de connexion 11 (figure 3c). Ce positionnement permet d'augmenter à loisir le volume libre rayonnant autour de l'antenne réalisée par les languettes de connexion 11 et 14. Ceci permet d'optimiser le gain de l'antenne réalisée par les languettes 11 et 14. En fonction du gain recherché pour les languettes 11 et 14 formant antenne, l'homme du métier choisira le positionnement le plus approprié, sans se limiter à ceux représentés aux figures 3a à 3c. En variante, comme le montre les figures 4a à 4c la languette de connexion 14 supplémentaire peut être connectée au pôle négatif de la batterie et non plus au pôle positif. Dans ce cas l'antenne de réception / émission du signal S est constituée par l'ensemble des languettes 12 et 14. Comme dans le cas représenté aux figures 3a à 3c, les signaux S émis / reçus par cette antenne sont canalisés (guidés) à la périphérie de la batterie 10 et ne transitent pas par l'intérieur de la batterie. Là encore, le positionnement de l'antenne de connexion supplémentaire 14 à la périphérie de la batterie peut prendre toute valeur. Par exemple, la languette 14 peut être disposée sensiblement parallèlement à la languette 12 (figure 4a), perpendiculairement à la languette 12 (figure 4b) ou dans le prolongement et à l'opposé de la languette 12 (figure 4c). Bien entendu, la languette de connexion 14 supplémentaire peut également prendre toutes positions intermédiaires entre celles représentées aux figures 3a à 3c et 4a à 4c. Le positionnement de cette languette de connexion 14 supplémentaire est déterminé en fonction du gain recherché pour l'antenne constitué par les languettes 12 et 14, ou 11 et 14. La figure 5a illustre une batterie 10 utilisée en tant qu'antenne et dont le schéma électrique équivalent est représenté à la figure 5b. La batterie 10 est une pile bouton présentant (de manière connue en soi) une couronne annulaire C constituant le pôle positif de la batterie et une partie centrale cylindrique D formant le pôle négatif de la batterie. Bien entendu il ne s'agit là que d'un exemple de réalisation, les pôles positifs et négatifs pourraient tout aussi bien être inversés et / ou de formes différentes de ceux représentés. Dans cet exemple de réalisation une languette de connexion électrique 11 est reliée au pôle positif de la batterie (c'est-à-dire à la partie en forme de couronne C) et une languette de connexion électrique 12 est reliée au pôle négatif de la batterie (c'est-à-dire à la partie centrale cylindrique D). Selon l'invention la languette de connexion 14 supplémentaire est quant à elle reliée au pôle positif de la batterie (couronne C) et constitue avec la languette 11 une antenne. Comme on le voit mieux à la figure 5b, le schéma équivalent à l'antenne ainsi constituée présente la forme d'un F inversé. Sur ce schéma on retrouve les languettes 11 et 14 reliées par une partie A de la couronne annulaire C. Cette partie A de la couronne annulaire C joue un rôle d'adaptation de la longueur de l'antenne à la fréquence de résonance recherchée. La partie B de la couronne annulaire C sert d'élément rayonnant avec la languette de connexion 11 et la languette supplémentaire 14. C'est en fait cette partie qui émet et reçoit les signaux radio fréquences. L'ensemble des parties A et B de la couronne annulaire C et des languettes de connexion électriques 11 et supplémentaire 14 présente une forme de F inversé (voir notamment figure 5b). Une telle antenne est dite antenne PIFA (pour « Plannar lnverted F Antenna » en langue anglaise c'est-à-dire Antenne Planaire en F Inversé) car elle présente la forme d'un F inversé et que sa partie rayonnante forme un plan (ici la partie B de la couronne C). Il est à noter que dans l'exemple de réalisation illustré aux figures 5a et 5b une première languette de connexion (par exemple la languette 12) est reliée d'une part à 5 l'un des pôles (le pôle négatif) de la batterie et d'autre part à la masse (figure 5b), une seconde languette de connexion (par exemple la languette de connexion 11) est reliée d'une part à l'autre des pôles (le pôle positif) et d'autre part reçoit un signal d'excitation et en ce que la languette de connexion supplémentaire 14 forme avec la partie B de la couronne C une piste rayonnante de l'antenne (voir notamment la figure 5b dans laquelle 10 un schéma électrique équivalent au montage illustré à la figure 5a est donné). Bien entendu la languette de connexion supplémentaire 14 peut être reliée au pôle négatif de la batterie (figures 6a et 6b). Dans ce cas la languette de connexion électrique 12, la languette supplémentaire 14 et le plan B' (qui appartient à la partie centrale D) constitue l'élément rayonnant de la batterie en tant qu'antenne. Il s'agit là 15 encore d'une antenne de type PIFA. La partie A' de la partie centrale D joue un rôle d'adaptation de la longueur de l'antenne à la fréquence de résonance recherchée. Dans le cadre de ce mode de réalisation la languette de connexion 11 reliée au pôle positif de la batterie est en outre associée à une self 15 dont le rôle est d'éviter la remontée du signal radio fréquence vers un micro processeur ou tout autre composant de 20 du circuit électronique. Il est à noter que dans l'exemple de réalisation illustré aux figures 6a et 6b une première languette de connexion (la languette de connexion 12) est reliée d'une part à l'un des pôles (le pôle négatif) de la batterie et d'autre part à la masse, une seconde languette de connexion (la languette de connexion 11) est reliée à l'autre des pôles (le 25 pôle positif) et en ce que la languette de connexion supplémentaire 14 reçoit un signal d'excitation et forme avec la partie B' de la partie centrale D, un plan rayonnant (voir notamment la figure 6b dans laquelle un schéma électrique équivalent au montage illustré à la figure 6a est donné). Ces antennes de type PIFA présentent l'avantage d'être plus faciles à ajuster 30 (à optimiser) sans perte excessive de niveau de signal (en dB) pour obtenir la fréquence de résonnance recherchée pour l'antenne ainsi constituée. On notera que pour l'ensemble des modes de réalisation ci-dessus décrits, la fréquence de résonnance de l'antenne est fixée par la longueur et / ou la largeur et / ou le positionnement et / ou l'épaisseur de la languette de connexion supplémentaire 14. 35 On notera que le nombre de languette supplémentaire peut être supérieur à un. De même les dimensions (longueur, largeur, épaisseur) des languettes de connexion électrique et de la (ou des) languette(s) supplémentaire(s) peuvent être modifiées pour faciliter l'ajustement de la fréquence de résonnance de l'antenne. REVENDICATIONS1. Batterie munie d'un pôle positif et d'un pôle négatif et de deux languettes de connexion électrique (11, 12), chacune solidarisée à l'un de ses pôles, la dite batterie étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins une languette de connexion supplémentaire (14) solidarisée à l'un de ses pôles, formant élément rayonnant avec la languette de connexion électrique solidarisée au même pôle de la batterie. 2. Batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que la languette de connexion supplémentaire (14) est reliée à un circuit électronique (13). 3. Batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que la languette de connexion supplémentaire (14) constitue une antenne boucle avec la 10 languette associée au même pôle de la batterie. 4. Batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que la languette de connexion supplémentaire (14) constitue une antenne monopôle. 5. Batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que la languette de connexion supplémentaire (14) constitue avec l'une des languettes de 15 connexion électriques (11, 12) une antenne planaire en forme de F inversé (PIFA). 6. Batterie selon la revendication 5 caractérisée en ce qu'une première languette de connexion est reliée d'une part à l'un des pôles de la batterie et d'autre part à la masse, une seconde languette de connexion est reliée d'une part à l'autre des pôles et d'autre part reçoit un signal d'excitation et en ce que la languette de connexion 20 supplémentaire est laissée en l'air et constitue un monopôle. 7. Batterie selon la revendication 6, caractérisée en ce que la fréquence de résonnance de l'antenne est fixée par la longueur et / ou la largeur et / ou l'épaisseur et / ou le positionnent de la languette de connexion supplémentaire. 8. Batterie selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée 25 en ce que le positionnement de la languette de connexion supplémentaire (14) à la périphérie de la batterie permet d'ajuster le gain de l'antenne en faisant varier le volume libre rayonnant de l'antenne.