Brevet FR3071366A1 — publié le 20190322

ANTENNE, MODULE ELECTRONIQUE ET ENSEMBLE DE COMMUNICATION COMPRENANT UNE TELLE ANTENNE - DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine des antennes radio fréquences. Elle concerne plus particulièrement une antenne, un module électronique et un ensemble de communication comprenant une telle antenne. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE On connaît les antennes radio fréquences de type patch qui comprennent un plan de masse et un élément rayonnant séparé de ce plan de masse par un substrat diélectrique. Ces antennes sont notamment utilisées dans des systèmes émetteurs ou récepteurs pour la commande (ouverture/fermeture) des portes d'un véhicule automobile. OBJET DE L'INVENTION La présente invention propose d'améliorer la conception des antennes radio fréquences et en particulier les antennes embarquées par exemple dans un véhicule. Plus particulièrement, on propose selon l'invention une antenne comprenant un circuit imprimé portant un élément rayonnant sur l'une de ses faces, caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce rapportée sur le circuit imprimé, ladite pièce rapportée comprenant un plan de masse de l'antenne, ledit plan de masse étant à distance dudit circuit imprimé. L'utilisation de la pièce rapportée permet d'octroyer une plus grande souplesse quant à la distance entre le plan de masse et l'élément rayonnant dans la conception usuelle de ce type d'antenne. Cette distance variable entre le plan de masse et l'élément rayonnant permet alors d'obtenir une bande passante pour l'antenne adaptable et suffisante pour l'utilisation visée. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de l'antenne conforme à l'invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - ladite pièce rapportée est montée sur le circuit imprimé, sur une face opposée à celle comportant l'élément rayonnant ; - la région de ladite face opposée située au droit de l'élément rayonnant 2 est dépourvue d'élément conducteur ; - la région de ladite face opposée située au droit de l'élément rayonnant est dépourvue de composants électroniques ; - ladite pièce rapportée est reliée à une piste conductrice située sur la 5 face du circuit imprimé opposée à l'élément rayonnant ; - ladite pièce rapportée comprend une pluralité d'ouvertures. L'invention propose également un module électronique comprenant une telle antenne. Ce module électronique peut comprendre en outre un circuit électronique 10 relié d'une part à l'élément rayonnant et d'autre part à la pièce rapportée, et/ou un circuit d'adaptation d'impédance relié à ladite antenne. L'invention propose également un ensemble de communication comprenant un boitier et l'antenne, dans lequel ledit boitier peut par exemple être réalisé dans une matière électromagnétiquement neutre. 15 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : 20 - la figure 1 est une vue en coupe d'un module électronique comprenant une antenne conforme à l'invention ; - les figures 2a et 2b sont respectivement des vues de dessus et de dessous d'un exemple de réalisation dudit module électronique ; - la figure 3 est une vue du boitier pouvant contenir le module 25 électronique ; - la figure 4 représente une simulation des pertes par réflexion liées à l'adaptation de l'antenne sans et en présence de surface métallique avoisinante ; et - la figure 5 représente des exemples possibles pour l'implantation de 30 l'ensemble de communication dans un véhicule automobile. La figure 1 montre une vue en coupe d'un module électronique 1 utilisable par exemple dans un véhicule tel qu'un véhicule automobile. Le module électronique 1 comprend un circuit électronique 5 et une antenne 3. L'antenne 3 comprend une partie d'un circuit imprimé 4, un élément 3 rayonnant 2 et une pièce rapportée 9. Le circuit électronique 5 comprend une (autre) partie du circuit imprimé 4, différente de celle comprise dans l'antenne 3. Le circuit imprimé 4 est constitué d'une ou plusieurs fines couches de cuivre, séparées par un matériau isolant. Le circuit imprimé possède une 5 épaisseur standard, typiquement 0,8 mm. L'élément rayonnant 2 est imprimé sur la couche supérieure du circuit imprimé 4. L'élément rayonnant 2 est donc plan et réalisé en matériau conducteur, typiquement en matériau métallique (ici en cuivre). La région de la couche inférieure du circuit imprimé 4 située au droit de 10 l'élément rayonnant est dépourvue d'éléments conducteurs ou de composants électroniques. L'élément rayonnant 2 est quant à lui relié au circuit électronique 5 via une piste conductrice 13 située sur la couche supérieure du circuit imprimé 4. Le circuit électronique 5 comprend par exemple un circuit intégré 15, lui-même relié à l'antenne 3 via la piste conductrice 13. Le circuit intégré 15 peut 15 correspondre par exemple à un circuit de pilotage lorsque l'antenne 3 fonctionne en émission. En variante, lorsque l'antenne 3 fonction en réception, le circuit intégré 15 permet de mesurer la tension aux bornes de l'antenne 3 et de déterminer ainsi le signal électromagnétique reçu par l'antenne 3. En pratique, le module électronique 1 pourrait être un émetteur-récepteur (ou « transceiver » 20 selon l'appellation d'origine anglo-saxonne parfois utilisée). Sur la figure 2a représentant une vue de dessus du module électronique 1, l'élément 20 correspond au point d'alimentation de l'antenne 3. La pièce rapportée 9 est montée sur la face du circuit imprimé 4 opposée à celle comportant l'élément rayonnant 2. La pièce rapportée 9 est donc montée 25 au niveau de la couche inférieure du circuit imprimé 4. En pratique, la pièce rapportée 9 est par exemple fixée au circuit imprimé 4 par soudure. En variante, elle peut également être munie de connecteurs à emmanchement (ou « press-fit » selon l'appellation d'origine anglo-saxonne) qui seront emboités dans des ouvertures transversales dimensionnées de manière appropriée sur le circuit 30 imprimé 4. La pièce rapportée 9 comprend un fond, qui forme un plan de masse 6 de l'antenne 3, et des parois latérales 7. L'épaisseur de la pièce rapportée 9, c'est-à-dire la hauteur des parois latérales, est comprise entre 2 mm et 5 mm. Le plan de masse 6 est ainsi situé à distance du circuit imprimé 4, en étant par exemple parallèle au circuit imprimé 4. 4 La pièce rapportée 9 forme, par l'assemblage du plan de masse 6 et des parois latérales 7, une cavité métallique externe. Le volume d'air 17 contenu dans la cavité externe formée par la pièce rapportée 9 (ou, en variante, un autre matériau diélectrique, par exemple un gel électriquement isolant (gel neutre), 5 contenu dans cette cavité externe comme expliqué ci-après) ainsi que le matériau isolant du circuit imprimé 4 forment ensemble un substrat diélectrique de l'antenne 3. La pièce rapportée 9 est reliée à une piste conductrice 11 située sur la face du circuit imprimé 4 opposée à l'élément rayonnant 2. Cette piste conductrice 10 11 permet de relier la pièce rapportée 9 au circuit électronique 5, précisément à un point de masse du circuit électronique 5 (par exemple à une borne de masse du circuit intégré 15). Cette piste 11 porte la masse globale du système. Elle est située sur la face du circuit imprimé 4 opposée à l'élément rayonnant 2. Le plan de masse 6 comporte des ouvertures 8 (ces ouvertures ayant 15 une forme générale circulaire). Ces ouvertures permettent le passage d'un gel électriquement isolant comme expliqué ci-après. Ces ouvertures sont représentées sur la vue de dessous du module électronique proposée par la figure 2b. L'utilisation de la pièce rapportée 9 permet de s'affranchir de la distance 20 imposée entre le plan de masse 6 et l'élément rayonnant 2 dans la conception usuelle de ce type d'antenne. La distance variable (selon l'épaisseur de la pièce rapportée 9 choisie) entre le plan de masse 6 et l'élément rayonnant 2 permet alors d'obtenir une bande passante pour l'antenne 3 adaptable et suffisante pour l'utilisation visée. 25 Le circuit électronique 5 comporte également un circuit d'adaptation d'impédance 10. Ce circuit d'adaptation d'impédance 10 comporte typiquement des composants électroniques passifs. Ce circuit d'adaptation d'impédance 10 est relié à l'antenne 3. Il est placé avant le point d'injection, qui constitue le point de liaison électrique vers l'antenne 3. Ce point d'injection est alimenté par exemple 30 par une ligne microruban (ou « microstrip » selon l'appellation d'origine anglo- saxonne) ou des lignes en bandes (ou « strip-lines » selon l'appellation d'origine anglo-saxonne). Le module électronique 1 peut en pratique être intégré dans un boitier 30 pour former un ensemble de communication 35. Un exemple d'un tel boitier 30 est 5 représenté sur la figure 3. Après montage du module électronique 1 dans le boitier 30, dans cet exemple, les espaces libres du boîtier 30 peuvent être remplis d'un gel électriquement isolant de sorte que le module électronique 1 est immergé dans ce gel électriquement isolant qui permettra la formation d'une barrière étanche 5 autour du module électronique 1. Dans cet exemple de réalisation, comme déjà indiqué, le substrat diélectrique de l'antenne 3 sera constitué par le matériau isolant du circuit imprimé 4 et par le gel électriquement isolant. La conception du module électronique 1 permet de tenir compte des contraintes d'épaisseur fixées pour ledit boitier 30, ici une épaisseur inférieure à 10 6 mm. Le boitier 30 est réalisé en matériau non métallique (par exemple du plastique), ou en matériau électromagnétiquement neutre, ne perturbant pas le fonctionnement de l'antenne 3. Ce boitier 30 n'a pas d'influence sur les propriétés de directivité et de rayonnement de l'antenne 3, y compris dans le cas où ce boitier 30 est fixé à une structure métallique d'un véhicule 40 ou à proximité de 15 celle-ci. La figure 5 montre d'ailleurs des exemples possibles pour l'implantation des ensembles de communication 35 dans le véhicule automobile 40. La figure 4 représente une simulation des pertes par réflexion liées à l'adaptation de l'antenne 3 lorsque le boitier 30 est ou non fixé à une structure métallique. 20 On se place par exemple ici dans le cas d'une antenne utilisée pour l'émission de signaux de type Bluetooth, dans une bande de fréquence comprise entre 2,4 GHz et 2,5 GHz. Sur la figure 4, l'axe des abscisses correspond à la fréquence f du signal émis en GigaHertz (GHz). L'axe des ordonnées correspond au coefficient de 25 réflexion S11, exprimé en décibel (dB), caractérisant le rapport comparant la puissance réfléchie par l'antenne par rapport à la puissance introduite dans l'antenne, pour la gamme de fréquences d'intérêt. La courbe en trait plein correspond à une simulation lorsque l'ensemble de communication 35 n'est pas fixé à une structure métallique. La courbe 30 discontinue correspond à une simulation lorsque l'ensemble de communication 35 est fixé à une structure métallique (typiquement une structure métallique du véhicule 40 équipé de l'ensemble de communication 35 décrit ci-dessus). Chacune de ces courbes montre un pic minimum traduisant une faible puissance réfléchie, donc perdue, pour l'antenne 3 étudiée dans la zone de fréquences 6 d'intérêt. De plus, les deux courbes se confondent quasiment sur tout la gamme de fréquences d'intérêt, ce qui témoigne d'une bonne stabilité de l'antenne 3 sur sa bande passante que cette antenne 3 soit ou non au contact d'une structure métallique. Finalement, le graphique de la figure 4 illustre le fait que l'antenne 3 5 n'est pas désadaptée lorsque l'ensemble de communication 35 est placé contre une structure métallique, le plan de masse 6 étant dirigé vers la structure métallique et l'élément rayonnant 2 se trouvant à l'opposé de la structure métallique (c'est-à-dire que le plan de masse 6 est alors situé entre la structure métallique et l'élément rayonnant 2). L'antenne 3 n'est pas désadaptée quelle que 10 soit la dimension de cette structure métallique. L'ensemble de communication 35, comprenant le boitier 30 et le module électronique 1, pourrait donc être utilisé en tant que balise d'émission d'un signal électromagnétique (ce signal étant émis via l'antenne 3 décrite ci-dessus), par exemple pour détecter la proximité d'un identifiant (porté par le conducteur du véhicule 40) et/ou en étant intégré à l'un 15 quelconque parmi plusieurs endroits de la structure métallique du véhicule 40, comme schématiquement représenté en figure 5. L'antenne 3 telle qu'intégrée REVENDICATIONS1. Antenne (3) comprenant un circuit imprimé (4) portant un élément rayonnant (2) sur l'une de ses faces, caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce rapportée (9) sur le circuit imprimé (4), ladite pièce rapportée (9) comprenant un plan de masse (6) de l'antenne (3), ledit plan de masse (6) étant à distance dudit circuit imprimé (4). 2_ Antenne (3) selon la revendication 1, dans laquelle ladite pièce rapportée (9) est montée sur le circuit imprimé (4), sur une face opposée à celle comportant l'élément rayonnant (2). 3. Antenne (3) selon la revendication 2, dans laquelle la région de ladite face opposée située au droit de l'élément rayonnant (2) est dépourvue d'élément 15 conducteur. 4. Antenne (3) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle la région de ladite face opposée située au droit de l'élément rayonnant (2) est dépourvue de composants électroniques. 20 5. Antenne (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle ladite pièce rapportée (9) est reliée à une piste conductrice (11) située sur la face du circuit imprimé (4) opposée à l'élément rayonnant (2). 25 6. Antenne (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle ladite pièce rapportée (9) comprend une pluralité d'ouvertures (8). 7. Module électronique (1) comprenant une antenne (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 30 8. Module électronique (1) selon la revendication 7, comprenant un circuit électronique (5) relié d'une part à l'élément rayonnant (2) et d'autre part à la pièce rapportée (9). 8 9. Module électronique (1) selon la revendication 7 ou 8, comprenant un circuit d'adaptation d'impédance (10) relié à ladite antenne (3). 10. Ensemble de communication comprenant un boitier (30) et une 5 antenne (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Ensemble de communication selon la revendication 10, dans lequel ledit boitier (30) est réalisé dans une matière électromagnétiquement neutre. 10