Brevet FR3084234A1 — publié le 20200124

Carte de circuit imprimé pour une unité de commande d'un système d'alarme L'invention se rapporte à une carte de circuit imprimé (PCB) multicouches présentant au moins une antenne cellulaire sur une couche la plus extérieure. Cette carte de circuit imprimé est en particulier adaptée à une unité de commande pour un système d'alarme tel qu'utilisé dans des bâtiments. Le terme cc bâtiment » se rapporte ici à de petites entreprises et à des logements. Il peut s'agir de maisons ou d'appartements dans une maison. L'antenne est utilisée pour la communication avec un centre opérationnel. Elle nécessite une zone sans sol autour d'elle pour optimiser le rendement. La prévision d'une zone sans sol autour de l'antenne implique cependant le risque d'un décollement des couches de la carte de circuit imprimé. L'objectif de l'invention est d'obtenir une carte de circuit imprimé qui, d'une part, présente une antenne à rendement élevé et, d'autre part, est mécaniquement stable dans la zone dans laquelle l'antenne est agencée. Pour atteindre cet objectif, l'invention prévoit une carte de circuit imprimé qui présente au moins une antenne cellulaire sur une couche la plus extérieure, l'antenne possédant la forme générale d'un « F » qui présente une branche, un bras extérieur et un bras intermédiaire, une pluralité de vias de cuivre massifs étant agencée dans un espace défini par la branche et le bras extérieur de l'antenne. L'invention est basée sur la reconnaissance qu'il est possible d'agencer plusieurs vias de cuivre dans le voisinage immédiat de l'antenne de manière à ce que les vias ne sont pas excités par l'énergie radio émise par l'antenne. Il est ainsi possible de répondre à l'exigence d'avoir une zone sans sol qui ne résonne pas avec l'antenne, une connexion mécanique qui empêche un décollement des couches de la carte de circuit imprimé étant en même temps présente. Le terme « pluralité» se rapporte ici à au moins 15 vias et de préférence à un nombre de vias compris entre 30 et 50. Selon un mode de réalisation préféré, la branche et le bras extérieur définissent un espace généralement rectangulaire dans lequel la pluralité de vias - 2 - de cuivre est agencée. Les vias de cuivre sont agencés dans cet espace renfermé avec une densité comparativement élevée. Selon un mode de réalisation, le bras extérieur de l'antenne se termine dans un tronçon courbe. Ceci est avantageux quant aux propriétés de transmission. 5 Les vias de cuivre sont agencés en rangées et en colonnes qui sont orientées perpendiculairement par rapport à la branche et aux bras. Cet agencement s'est révélé avoir un effet minime sur les propriétés de transmission de l'antenne. Certains vias de cuivre ont de préférence été omis pour créer un espace pour un orifice qui s'étend à travers les couches de la carte de circuit imprimé. En 10 raison de l'omission des vias, une zone de matière ininterrompue de la carte de circuit imprimé est obtenue, dans laquelle il est possible d'usiner l'orifice respectif. Selon un mode de réalisation préféré, chaque via de cuivre présente une section transversale rectangulaire, en particulier une section transversale carrée. 15 II s'est également avéré que cette géométrie des vias a un effet très minime sur les propriétés de transmission de l'antenne. Il est surprenant que certains des vias de cuivre peuvent être agencés dans le prolongement du bras intermédiaire ou dans l'espace entre le bras extérieur et le bras intermédiaire. Étant donné que les vias sont espacés les uns des autres 20 et ont des dimensions comparativement petites, même l'agencement de vias à ces endroits n'a pas d'effet significatif sur les propriétés de transmission de l'antenne. Selon un mode de réalisation préféré, un point d'alimentation est connecté à l'extrémité distale du bras intermédiaire, tandis que la connexion à la terre se 25 trouve à l'extrémité distale de la branche de l'antenne. Selon un mode de réalisation préféré, deux antennes sont agencées à symétrie spéculaire sur la carte de circuit imprimé. Les antennes peuvent être légèrement différentes quant à leur dimensions et leurs géométries de manière à être optimisées pour différentes fréquences. - 3 - Le bras extérieur de chacune des antennes s'étend de préférence le long de la circonférence extérieure de la carte de circuit imprimé, grâce à quoi une densité d'encapsulation élevée est obtenue sur la carte de circuit imprimé. Il est également possible d'agencer plusieurs vias entre les branches des 5 deux antennes. Selon un mode de réalisation, la majorité des vias de cuivre associés à une antenne ont les mêmes dimensions et la même distance les uns des autres. En d'autres termes, les vias sont agencés selon un schéma en majeure partie répétitif et constant. 10 Selon un mode de réalisation préféré, la distance entre des vias de cuivre adjacents, vus dans une vue de dessus, est de 20% à 40%, en particulier environ de 30% de la longueur extérieure des vias de cuivre. Cette valeur s'est avérée être un bon compromis entre la prévention d'excitations des vias de cuivre en obtenant en même temps une « densité » élevée qui est avantageuse quant à la 15 stabilité mécanique obtenue avec les vias. Les vias de cuivre occupent de préférence entre 15% et 50%, de préférence entre 20% et 40%, de la surface totale du carré défini par la branche et le bras supérieur de l'antenne en forme de F. Il est visible que les vias de cuivre occupent une partie relativement significative de l'espace directement adjacent à 20 l'antenne. Ils n'affectent cependant pas les propriétés de transmission de l'antenne (ou tout du moins pas de manière significative). Tous les vias de cuivre sont électriquement isolés les uns des autres et d'une couche de mise à la terre de la carte de circuit imprimé. En d'autres termes, ils sont prévus de « manière isolée de la terre » de sorte à ne pas résonner avec 25 l'antenne. L'invention sera maintenant décrite en faisant référence aux dessins annexes. Dans les dessins, - la figure 1 est une vue de dessus schématique d'une carte de circuit imprimé présentant deux antennes ; et 30 - la figure 2 est une section transversale le long de la ligne II-II de la figure 1. - 4 - Les figures 1 et 2 montrent schématiquement une carte de circuit imprimé (PCB) 10. Elle est composée de plusieurs couches individuelles 101, 102, 103, 10, qui sont laminées les unes sur les autres. La carte de circuit imprimé 10 présente une zone 12 dans laquelle différents 5 composants électroniques et des circuits sont agencés, dont les détails ne sont pas importants ici. La carte de circuit imprimé 10 porte deux antennes 14, 16 le long de l'un de ses bords extérieurs. Chacune d'elles est prévue pour une communication GSM. Les antennes sont par conséquent des antennes cellulaires. 10 Chaque antenne a généralement une forme de ct F » avec une branche 14A, 16A, un bras extérieur 148, 16B, et un bras intermédiaire 14C, 16C. Chacun des bras extérieurs 14B, 16B se termine dans un tronçon courbe 14D, 16D. L'extrémité distale des bras intermédiaires 14C, 16C sert de point 15 d'alimentation 17 pour l'antenne respective. Une connexion à la terre 18 est en outre présente à l'extrémité distale de la branche respective 14A, 16A de l'antenne respective. Les antennes 14, 16 sont réalisées sous forme de PIFA (anglais « inverted F antenna » - antenne en F inversé). 20 Comme le montre en particulier la figure 2; les antennes 14, 16 sont agencées sur la face extérieure de la couche la plus supérieure 10.1 de la carte de circuit imprimé 10. La carte de circuit imprimé 10 est en particulier prévue pour une unité de commande d'un système d'alarme pour un bâtiment. Elle peut comprendre des 25 antennes supplémentaires, par exemple pour une communication Wi-Fi, et peut porter dans la zone 12 la logique de commande pour le système d'alarme. Plusieurs vias de cuivre 20 sont prévus pour empêcher un décollement des couches individuelles 101, 102, 103 ... 10, dans la zone de l'antenne. Ils s'étendent dans un sens perpendiculaire au plan dans lequel s'étendent les 30 couches de la carte de circuit imprimé 10 (voir en particulier la figure 2). - 5 - Comme le montre en particulier la figure 1, les vias de cuivre 20 sont agencés selon un rectangle qui est défini par la branche 14A, 16A de l'antenne 14 ou 16, et par un bras extérieur 14B, 16B. Le « reste » du contour est indiqué schématiquement par la ligne pointillée L à la figure 1. 5 Les vias de cuivre 20 sont agencés en rangées et en colonnes qui sont agencées parallèlement ou perpendiculairement à la branche 14A, 16A et/ou au bras extérieur 14B, 16B. Il est possible d'utiliser différents schémas pour les vias de cuivre en fonction des dimensions et de la géométrie des antennes. 10 Certains vias de cuivre sont agencés dans le prolongement du bras intermédiaire 14C, 16C dans le cas des deux antennes. Dans le cas de l'antenne 16 qui présente une distance plus grande entre les bras 16B, 16C, certains vias de cuivre 20 sont agencés dans l'espace entre les deux bras. 15 Comme le montre en particulier la figure 1, chaque via présente dans une vue de dessus une forme rectangulaire, en particulier une forme carrée. Les vias de cuivre 20 sont agencés à une distance les uns des autres qui est inférieure à la longueur de la face latérale respective des vias. La distance peut en particulier être de 20% à 40%, en particulier environ de 30% de la longueur 20 extérieure des vias. Étant donné que les vias sont agencés relativement près les uns des autres, ils occupent une partie significative de la surface totale du carré défini par la branche et le bras supérieur de l'antenne respective. Les vias occupent de préférence entre 20% et 40% de la surface totale. 25 Il est possible « d'omettre » certains des vias pour créer un espace pour un orifice qui s'étend REVENDICATIONS1. Carte de circuit imprimé (PCB) multicouches (10), en particulier pour une unité de commande pour un système d'alarme, la carte de circuit imprimé présentant au moins une antenne cellulaire (14, 16) sur une couche la plus extérieure, l'antenne (14, 16) possédant la forme générale d'un « F » qui présente une branche (14A, 16A), un bras extérieur (14B, 16B) et un bras intermédiaire (14C, 16C), une pluralité de vias de cuivre massifs (20) étant agencés dans un espace défini par la branche (14A, 16A) et le bras extérieur (14B, 16B) de l'antenne (14, 16). 2. Carte de circuit imprimé (10) selon la revendication 1, dans laquelle la branche (14A, 16A) et le bras extérieur (14B, 16B) définissent un espace généralement rectangulaire dans lequel la pluralité de vias de cuivre (20) est agencée. 3. Carte de circuit imprimé (10) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle le bras extérieur (14B, 16B) se termine dans un tronçon courbe (14D, 16D). 4. Carte de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les vias de cuivre (20) sont agencés en rangées et en colonnes qui sont orientées perpendiculairement par rapport à la branche (14A, 16A) et aux bras (14B, 14C, 16B, 16C). 5. Cade de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle certains vias de cuivre (20) ont été omis pour créer un espace pour un orifice (22) qui s'étend à travers les couches de la carte de circuit imprimé (10). 6. Carte de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle chaque via de cuivre (20) présente une section transversale rectangulaire. 7. Carte de circuit imprimé (10) selon la revendication 6, dans laquelle la section transversale est carrée. - 7 - 8. Carte de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle certains des vias de cuivre (20) sont agencés dans le prolongement du bras intermédiaire (14C, 16C). 9. Carte de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, 5 dans laquelle certains des vias de cuivre (20) sont agencés dans l'espace entre le bras extérieur (14B, 16B) et le bras intermédiaire (14C, 16C). 10. Carte de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle un point d'alimentation (17) est connecté à l'extrémité distale du bras intermédiaire (14C, 16C). 10 11. Carte de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle deux antennes (14, 16) sont agencées à symétrie spéculaire sur la carte de circuit imprimé (10). 12. Carte de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le bras extérieur (14B, 16B) de chacune des antennes (14, 16) 15 s'étend le long de la circonférence extérieure de la carte de circuit imprimé (10). 13. Carte de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la pluralité de vias (20) est agencée entre les branches (14A, 16A) des deux antennes (14, 16). 14. Carte de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, 20 dans laquelle la majorité des vias de cuivre (20) associés à une antenne (14, 16) ont les mêmes dimensions et la même distance les uns des autres. 15. Carte de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la distance entre des vias de cuivre (20) adjacents est de 20% à 40%, en particulier environ de 30% de la longueur extérieure des vias de cuivre 25 (20), vus dans une vue de dessus. 16. Carte de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les vias de cuivre (20) occupent entre 15% et 50%, de préférence entre 20% et 40% de la surface totale du carré défini par la branche (14A, 16A) et le bras extérieur (14B, 16B) de l'antenne en forme de F (14, 16). -8 17. Carte de circuit imprimé (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle tous les vias de cuivre (20) sont électriquement isolés les uns des autres et d'une couche de mise à la terre de la carte de circuit imprimé (10).