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EP1589608A1 - Antenne compacte RF - Google Patents

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Info

Publication number
EP1589608A1
EP1589608A1 EP05290885A EP05290885A EP1589608A1 EP 1589608 A1 EP1589608 A1 EP 1589608A1 EP 05290885 A EP05290885 A EP 05290885A EP 05290885 A EP05290885 A EP 05290885A EP 1589608 A1 EP1589608 A1 EP 1589608A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiant
antenna
antenna according
compact
counterweight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05290885A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Ayoub Annabi
Daniel Leclerc
Frédéric DIXIMUS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Amphenol Socapex SA
Original Assignee
Amphenol Socapex SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Amphenol Socapex SA filed Critical Amphenol Socapex SA
Publication of EP1589608A1 publication Critical patent/EP1589608A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
    • H01Q1/243—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises

Definitions

  • the present invention relates to a compact antenna of monopole type for the transmission and reception of signals, suitable for used in particular but not exclusively in a portable terminal operating at different frequency bands.
  • the specifications of an antenna must meet at least two requirements: on the one hand the antenna must be able to function at different frequency bands of the types of networks available and, on the other hand, the dimensions of the antenna must adapt to increasingly smaller dimensions of the terminals.
  • An object of the present invention is to provide an antenna compact used in a portable terminal that has a very low volume and can be used at cellular frequency bands distinct.
  • the radiant element presents the form of an open loop with two branches connected together to the antenna cable and which define a first and a second part radiant, in that each of the radiating parts is able to enter into resonance at at least one cellular frequency and extends into a direction, and that these two main directions are substantially parallel so as to operate as a parasite and coupling between the two radiating parts.
  • the radiating parts and the counterweight present in the form of metal plates fixed on a support dielectric. It is however possible to realize the antenna by metallization a rigid or flexible dielectric substrate.
  • the compact antenna preferably extends longitudinally and the main directions of the radiating parts are parallel to the direction longitudinal axis of the compact antenna.
  • the compact antenna is designed to work the main cellular frequencies of telephony: in particular GSM 850/900, DCS 1800, PCS 1900 and UMTS 2100 frequencies.
  • the two radiating parts are arranged close to each other so that the phenomena of coupling or parasite can appear in order to widen the bandwidth of the antenna.
  • the open loop has the shape of an element closing almost on itself and whose opening has a very small length compared to the total length of item.
  • the loop has only one opening, but we could very well make several openings in the loop.
  • the counterweight and the conductive surface have a connection area unique.
  • the first radiant part is a surface substantially flat conductor, a portion of which is a juxtaposition of identical patterns extending in a substantially orthogonal direction at the main direction of the first radiant part.
  • said pattern is substantially V-shaped so that the first radiant part has the shape of a zigzag extending in the main direction.
  • said portion comprises at least four patterns identical.
  • the unfolded length of the first part radiant is substantially proportional to quarter of the wavelength of the wave having a central frequency substantially equal to the frequency the lowest cell.
  • the lowest center frequency is a GSM frequency substantially equal to 900 MHz.
  • the unfolded length of the first radiant part roughly equal to the length of the first part radiant if it was rectilinear.
  • the unfolded length of the first part radiant substantially corresponds to the unfolded length of a pattern multiplied by the number of patterns composing the first radiant part.
  • the second radiant part is a conductor substantially rectilinear extending in the main direction of said second radiant part.
  • the second radiant portion has a shape substantially rectangular.
  • the second radiant part can also be composed of several rectilinear elements extending all in the main direction of the second radiant part.
  • the length of the second radiant portion is substantially proportional to a quarter of the wavelength having a central frequency substantially equal to the highest cell frequency high.
  • the highest cell frequency is a UMTS frequency substantially equal to 2100 MHz.
  • the length of the radiant portion is substantially equal to the length of the rectilinear conductor.
  • the compact counterweight comprises an axis of symmetry parallel to the main direction of the first radiant part and in that it comprises at least one U-shaped portion comprising a first and a second branch and whose first branch is connected to the connection area of said compact counterweight.
  • said at least one portion of conductor shaped "U" has two rectilinear branches each extending in a direction substantially parallel to the axis of symmetry of the compact counterweight.
  • the compact counterweight comprises two U-shaped portions, the second branches of which are arranged in vis-a-vis.
  • the two U-shaped portions are symmetrical with respect to the axis of symmetry of the counterweight and the second branches of the U-shaped portions are parallel and arranged close to each other.
  • the compact counterweight furthermore comprises at least one rectilinear portion of conductor extending into a direction parallel to the axis of symmetry of the compact counterweight and a end of said rectilinear portion is connected to the connection area of the compact counterweight.
  • said rectilinear portion of a conductor is parallel to the first and second branches of a shaped portion "U".
  • the rectilinear portion extends substantially between the two branches of a U-shaped portion.
  • the lengths of the branches of a portion "U" and a rectilinear portion are substantially equal.
  • a compact antenna 10 will first be described in its first embodiment.
  • the compact antenna 10 is designed to operate at the frequencies of the mobile telephony: GSM 850/900, DCS 1800, PCS 1900 and UMTS 2100 MHz.
  • the lowest cell frequency is approximately 850 MHz and the highest cell frequency is about 2100 MHz.
  • the compact antenna 10 is here in the form of an electrical circuit printed on an insulator not shown here.
  • This insulator commonly called dielectric can be made for example FR4 epoxy glass.
  • the compact antenna 10 comprises a first conductive surface forming a radiant element 12 and a second conductive surface forming a counterweight 14, which can also be called a ground plane.
  • the conductive surfaces are preferably substantially flat and made of copper.
  • the compact antenna 10 extends mainly in a longitudinal direction.
  • the radiant element has substantially the shape of an open loop composed of two conductive branches 16, 18 extending substantially in principal directions parallel to the longitudinal direction of the compact antenna 10.
  • the two branches are electrically connected together at one of their ends at an electrical connection zone 20.
  • connection area will be called in all the rest of the description: zone of connection of the radiant element.
  • the first branch 16 of the radiating element 12 comprises a first portion 22 forming a zigzag, that is to say a juxtaposition of patterns substantially “V" connected together by the ends of the bars of the "V".
  • V the "V" patterns are oriented substantially in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the radiant element.
  • the portion 22 forming a zigzag comprises four "V" patterns and the end of the last "V" pattern opposite to the connection zone is connected to an end portion 24 terminating the first branch 16 .
  • This first branch 16 forms a first radiant portion capable of radiating preferably at frequencies belonging to the GSM frequency band, that is to say at frequencies between 850 and 1000 MHz.
  • the portion 22 forming a zigzag has a length substantially equal to one quarter of the wavelength having a central frequency a GSM frequency between 850 and 1000 MHz, and preferably substantially equal to 900 MHz.
  • the second branch 18 of the radiating element 12 comprises a substantially rectangular portion of conductor 26 extending in the longitudinal direction of the compact antenna 10 .
  • this rectangular portion 26 is substantially proportional to one-quarter of the wavelength for the highest central frequency between 1700 and 2100 MHz, preferably equal to 1900 MHz.
  • the unfolded length of the zigzag portion 22 is preferably substantially equal to twice the length of the rectangular portion 26 .
  • the radiant element 12 forms an open loop. That is to say, there is an opening 28, forming a space between the ends of the branches 16, 18 opposite the ends connected to each other.
  • This opening 28 is preferably located between the end portion 24 terminating the branch 22 and the end of the rectangular portion 26 .
  • the end portion 24 has the shape of an "L" of which at least one of the arms has a rectangular shape 24 ' whose width is substantially equal to the width of the rectangular portion 26.
  • the unfolded length of the end portion 24 is preferably small relative to the unfolded length of the zigzag portion 22 .
  • the width of the opening 28 ie the distance separating the ends of the two branches is substantially equal to the width of the rectangular portion 26 . In any case, it is much less than one tenth of the wavelength for the highest frequency.
  • the rectangular portion 26 is relatively close to the ends of the bars of the "V" patterns. More precisely, the distance separating one end of a "V" pattern is much less than one-tenth of the wavelength for the highest cell frequency.
  • connection zone 20 of the radiating element 12 is preferably electrically connected to a central conductor 30 of a connector 31 adapted to be connected to a supply line 32 .
  • the supply line is a coaxial cable impedance 50 Ohms.
  • This supply line also comprises a shield 34 electrically connectable to a peripheral conductor 29 of the connector 31 , which is electrically connected to a connection zone 36 of the counterweight 14 and electrically isolated from the connection zone 20 of the radiating element 12 .
  • This counterweight 14 has an axis of symmetry which extends parallel to the longitudinal direction of the compact antenna 14 .
  • this axis of symmetry passes substantially through the center of the connection zone 36 of the counterweight 14 .
  • the counterweight 14 has two portions 38, 38 ' U-shaped and two straight portions 40, 40' .
  • the two U-shaped portions and the two rectilinear portions being symmetrical to each other, only one U-shaped portion 38 and a single straight portion 40 will be described hereinafter.
  • the "U" shaped portion 38 has a first branch 42 whose end is electrically connected to the connection zone 36 of the counterweight 14 and a second branch 44 .
  • the two branches 42, 44 of the U-shaped portion are parallel to each other and extend each parallel to the longitudinal direction of the compact antenna.
  • the "U" shaped portion is arranged such that the second leg 44 is located between the first leg 42 and the axis of symmetry of the counterweight.
  • the rectilinear portion 40 of substantially rectangular shape is electrically connected to the connection zone 36 of the counterweight 14 at one of its ends and extends in a direction parallel to the longitudinal direction of the compact antenna 10.
  • the other end of the rectilinear portion extends between the two branches 42, 44 of the U-shaped portion so that said branches substantially border all of the lateral edges of the rectilinear portion 40 .
  • the distance between these two branches is very less than twentieth of the wavelength for cell frequency the highest, that is to say of the order of a millimeter.
  • the unfolded length of the "U" shaped portion 38 of the counterweight 14 is preferably substantially equal to or slightly greater than the unfolded length of the zigzag portion 22 .
  • the length of the rectilinear portion 40 of the counterweight 14 is preferably substantially equal to or slightly greater than the length of the rectangular portion 26 of the radiating element 12 .
  • the radiant portion whose length is substantially equal to a quarter of the wavelength enters into resonance .
  • the zigzag portion 22 of the first branch 16 of the radiant element 12 that resonates.
  • the distribution of the currents 46 is therefore more particularly located on the zigzag portion and on the connection zone 20 .
  • the electrical equilibrium involves in known manner a current distribution on a ground plane 14 in return for the distribution of the currents 46 on the radiating element 12 .
  • the counterweight 14 acts as a compact ground plane.
  • the distribution of currents on the counterweight is preferably localized on the U-shaped portions 38 , 38 ' as schematically shown in FIG. 4 , whereas the rectangular portions 40 are practically not covered. by the currents.
  • the radiant portion whose length is substantially equal to one quarter of the wavelength of said wave goes into resonance. In other words, it is the rectangular portion 26 that comes into resonance.
  • the current distribution on the counterweight is such that they are spread over the portion of the counterweight whose length is close to quarter of the wavelength for the frequency band considered.
  • the distribution of the currents on the compact counterweight 14 is more particularly located on the connection zone 36 and on the rectilinear portions 40, 40 ' .
  • the compact counterweight 14 fulfills the function of double ground plane at the frequencies of use. 'antenna.
  • the abscissa represents the frequency applied to the supply line 32 of the antenna 10 .
  • the frequency is expressed in Gigahertz and the spectrum varies between 0.8 GHz and 2.3 GHz.
  • the ordinate axis represents the gain in dBi of the antenna compact.
  • the gain of the antenna is high and is between 0 and 1 dBi.
  • This frequency band 48 close to 0.9 GHz corresponds substantially to the frequency band GSM 850/900 MHz.
  • the antenna is therefore adapted to this band of frequencies.
  • the gain of the antenna is particularly high for frequencies between 1700 MHz and 2200 MHz.
  • This frequency band 50 is relatively wide and corresponds to the frequency bands DCS 1800, PCS 1900 and UMTS 2100.
  • the antenna is therefore adapted to these frequency bands.
  • the width of this frequency band is notably due to the proximity of the rectangular portion 26 and the zigzag portion 22.
  • the compact antenna of the present invention is suitable for both GSM and UMTS frequency bands.
  • FIG. 2 represents a second embodiment of the compact antenna 100 in which the radiating element 120 is identical to that of the first embodiment of the compact antenna and in which the counterweight is identical except that it does not has no rectilinear portions as in the first embodiment.
  • the branches 440, 440 ' are disposed close to each other and also close to the branches 420 so as to promote the phenomena of coupling and parasitism.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Antenne de type monopôle apte à fonctionner à des bandes de fréquences cellulaires comprenant : une surface conductrice (12) formant un élément radiant et comprenant une zone de connexion électrique (20), un contrepoids compact (14) conducteur comportant une zone de connexion; une ligne d'alimentation (32) comprenant un câble d'antenne (30,34) relié aux zones de connexion (20,36) dudit élément radiant (12) et dudit contrepoids compact (14). L'antenne se caractérise en ce que ledit élément radiant (12) présente la forme d'une boucle ouverte comportant deux branches (16,18) reliées ensemble au câble d'antenne (30,34) et qui définissent une première (22) et une deuxième partie radiante (26), en ce que chacune des parties radiantes (22,26) est apte à entrer en résonance à au moins une fréquence cellulaire et s'étend dans une direction principale, et en ce que ces deux directions principales sont sensiblement parallèles de manière à fonctionner en parasite et en couplage entre les deux parties radiantes (22,26). <IMAGE>

Description

La présente invention a pour objet une antenne compacte de type monopôle pour l'émission et la réception de signaux, apte à être utilisée notamment mais non exclusivement dans un terminal portable fonctionnant à des bandes de fréquences différentes.
Plus précisément, l'invention concerne une antenne compacte de type monopôle comprenant :
  • une surface conductrice formant un élément radiant et comprenant une zone de connexion électrique,
  • un contrepoids compact conducteur comportant une zone de connexion,
  • une ligne d'alimentation comprenant un câble d'antenne relié aux zones de connexion dudit élément radiant et dudit contrepoids compact.
Actuellement, les spécifications d'une antenne doivent répondre à au moins deux exigences : d'une part l'antenne doit pouvoir fonctionner à des bandes de fréquences différentes des types de réseaux disponibles et, d'autre part, les dimensions de l'antenne doivent s'adapter aux dimensions de plus en plus réduites des terminaux.
Il est certain que la réponse à ces exigences ne doit pas se faire, dans la mesure du possible, ni au détriment des performances de l'antenne, ni au détriment du coût.
En effet, on connaít déjà des antennes pour terminaux portables qui se présentent sous la forme de circuits imprimés.
Toutefois, la plupart de ces antennes ont non seulement des dimensions trop grandes, mais encore leur plan de masse dépend du plan de masse des terminaux portables, mais encore elles présentent des bandes passantes trop faibles.
Un objet de la présente invention est de fournir une antenne compacte utilisable dans un terminal portable qui présente un très faible volume et peut être utilisé à des bandes de fréquences cellulaires distinctes.
Ce but est atteint par le fait que l'élément radiant présente la forme d'une boucle ouverte comportant deux branches reliées ensemble au câble d'antenne et qui définissent une première et une deuxième partie radiante, en ce que chacune des parties radiantes est apte à rentrer en résonance à au moins une fréquence cellulaire et s'étend dans une direction principale, et en ce que ces deux directions principales sont sensiblement parallèles de manière à fonctionner en parasite et en couplage entre les deux parties radiantes.
Généralement, les parties radiantes et le contrepoids se présentent sous la forme de plaques métalliques fixées sur un support diélectrique. Il est toutefois possible de réaliser l'antenne par métallisation d'un substrat diélectrique rigide ou flexible.
L'antenne compacte s'étend de préférence longitudinalement et les directions principales des parties radiantes sont parallèles à la direction longitudinale de l'antenne compacte.
De préférence, l'antenne compacte est conçue pour fonctionner aux principales fréquences cellulaires de la téléphonie: notamment aux fréquences GSM 850/900, DCS 1800, PCS 1900 et UMTS 2100.
On comprend que les deux parties radiantes sont disposées proches l'une de l'autre de façon que les phénomènes de couplage ou de parasite puissent apparaítre afin notamment d'élargir la bande passante de l'antenne.
De manière préférentielle, la boucle ouverte présente la forme d'un élément se fermant quasiment sur lui-même et dont l'ouverture présente une longueur très petite par rapport à la longueur totale de l'élément.
De préférence la boucle ne présente qu'une seule ouverture, mais on pourrait très bien réaliser plusieurs ouvertures dans la boucle.
Toujours de préférence, mais non nécessairement, le contrepoids et la surface conductrice présentent une zone de connexion unique.
Avantageusement, la première partie radiante est une surface conductrice sensiblement plane dont une portion est une juxtaposition de motifs identiques s'étendant dans une direction sensiblement orthogonale à la direction principale de la première partie radiante.
De préférence, ledit motif est sensiblement en forme de « V » de sorte que la première partie radiante présente la forme d'un zigzag s'étendant dans la direction principale.
De préférence, ladite portion comprend au moins quatre motifs identiques.
Avantageusement, la longueur dépliée de la première partie radiante est sensiblement proportionnelle au quart de la longueur d'onde de l'onde ayant une fréquence centrale sensiblement égale à la fréquence cellulaire la plus basse.
De préférence, la fréquence centrale la plus basse est une fréquence GSM sensiblement égale à 900 MHz.
Évidemment, la longueur dépliée de la première partie radiante correspond sensiblement à la longueur qu'aurait la première partie radiante si elle était rectiligne.
De préférence, la longueur dépliée de la première partie radiante correspond sensiblement à la longueur dépliée d'un motif multiplié par le nombre de motifs composant la première partie radiante.
Avantageusement, la seconde partie radiante est un conducteur sensiblement rectiligne s'étendant dans la direction principale de ladite seconde partie radiante.
De préférence, la seconde partie radiante a une forme sensiblement rectangulaire. Toutefois, la seconde partie radiante peut également être composée de plusieurs éléments rectilignes s'étendant tous dans la direction principale de la seconde partie radiante.
De préférence, la longueur de la seconde partie radiante est sensiblement proportionnelle au quart de la longueur d'onde ayant une fréquence centrale sensiblement égale à la fréquence cellulaire la plus haute.
De préférence, la fréquence cellulaire la plus haute est une fréquence UMTS sensiblement égale à 2100 MHz.
On comprend que la longueur de la partie radiante est sensiblement égale à la longueur du conducteur rectiligne.
Avantageusement, le contrepoids compact comporte un axe de symétrie parallèle à la direction principale de la première partie radiante et en ce qu'il comporte au moins une portion en forme de « U » comprenant une première et une seconde branche et dont la première branche est reliée à la zone de connexion dudit contrepoids compact.
On comprend qu'une portion en forme de « U » présente un encombrement beaucoup plus faible qu'une portion rectiligne qui aurait la même longueur dépliée.
Avantageusement, ladite au moins une portion de conducteur en forme de « U » comporte deux branches rectilignes s'étendant chacune dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de symétrie du contrepoids compact.
Comme cette portion s'étend dans la direction principale de la première partie radiante, on comprend que la longueur du contrepoids vue dans cette direction principale est pratiquement deux fois plus petite que si ladite portion du contrepoids était dépliée.
De ce fait, on améliore la compacité du contrepoids.
Avantageusement, le contrepoids compact comporte deux portions en forme de « U » dont les secondes branches sont disposées en vis-à-vis.
De préférence, les deux portions en forme de « U » sont symétriques par rapport à l'axe de symétrie du contrepoids et les secondes branches des portions en forme de « U » sont parallèles et disposées proches l'une de l'autre.
Avantageusement, le contrepoids compact comporte en outre au moins une portion rectiligne de conducteur s'étendant dans une direction parallèle à l'axe de symétrie du contrepoids compact et une extrémité de ladite portion rectiligne est reliée à la zone de connexion du contrepoids compact.
De préférence, ladite portion rectiligne de conducteur est parallèle aux première et seconde branches d'une portion en forme de « U ».
Avantageusement, la portion rectiligne s'étend sensiblement entre les deux branches d'une portion en forme de « U ».
On comprend que cette disposition particulière non seulement améliore la compacité globale de l'antenne mais encore améliore les performances de l'antenne
Par « proche », il faut comprendre que la distance qui sépare deux portions est très inférieure à la longueur d'onde de l'onde ayant la fréquence la plus haute.
Avantageusement, les longueurs des branches d'une portion en « U » et d'une portion rectiligne sont sensiblement égales.
On comprend donc que la longueur dépliée d'une portion en « U » est sensiblement égale au double de la longueur d'une portion rectiligne.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles :
  • la figure 1 représente l'élément radiant et le contrepoids selon un premier mode de réalisation de l'antenne compacte;
  • la figure 2 représente l'élément radiant et le contrepoids selon un second mode de réalisation de l'antenne compacte;
  • la figure 3 représente une vue en perspective en coupe partielle des parties de connexion de la partie radiante et du contrepoids ;
  • la figure 4 représente la répartition des courants sur l'antenne compacte dans son premier mode de réalisation lorsqu'elle est utilisée à une fréquence GSM d'environ 900 MHz ;
  • la figure 5 représente la répartition des courants sur l'antenne compacte dans son premier mode de réalisation lorsqu'elle est utilisée à une fréquence PCS d'environ 1900 MHz ; et
  • la figure 6 est un diagramme représentant le gain de l'antenne en dBi en fonction de la fréquence en Gigahertz.
En se référant à la figure 1, on va tout d'abord décrire une antenne compacte 10 dans son premier mode de réalisation.
De préférence, l'antenne compacte 10 est conçue pour fonctionner aux fréquences de la téléphonie mobile : GSM 850/900, DCS 1800, PCS 1900 et UMTS 2100 MHz.
Pour expliquer le fonctionnement de l'antenne, on définit une fréquence cellulaire la plus basse ainsi qu'une fréquence cellulaire la plus haute.
La fréquence cellulaire la plus basse est d'environ 850 MHz et la fréquence cellulaire la plus haute est d'environ 2100 MHz.
Ces deux fréquences cellulaires ne constituent pas des limites de fonctionnement en fréquence de l'antenne compacte, mais permettent de décrire l'architecture et d'expliquer le fonctionnement de l'antenne compacte. En effet, il est possible d'utiliser l'antenne compacte à une fréquence supérieure à la fréquence cellulaire la plus haute, notamment à des fréquences UMTS qui sont de l'ordre de 2100 MHz.
L'antenne compacte 10 se présente ici sous la forme d'un circuit électrique imprimé sur un isolant non représenté ici. Cet isolant, communément appelé diélectrique peut être réalisé par exemple en époxy verre FR4.
L'antenne compacte 10 comprend une première surface conductrice formant un élément radiant 12 et une seconde surface conductrice formant un contrepoids 14, pouvant être appelé également plan de masse.
Les surfaces conductrices sont de préférence sensiblement planes et réalisées en cuivre.
Comme on le voit sur la figure 1, l'antenne compacte 10 s'étend principalement selon une direction longitudinale.
Nous allons maintenant décrire plus particulièrement la structure de l'élément radiant 12.
Comme on le voit sur la figure 1, l'élément radiant présente sensiblement la forme d'une boucle ouverte composée de deux branches conductrices 16, 18 s'étendant sensiblement selon des directions principales parallèles à la direction longitudinale de l'antenne compacte 10.
Comme on peut le constater sur la figure 1, les deux branches sont électriquement connectées entre elles à l'une de leurs extrémités au niveau d'une zone de connexion électrique 20.
Plus précisément, cette zone de connexion sera appelée dans tout la suite de la description : zone de connexion de l'élément radiant.
La première branche 16 de l'élément radiant 12 comporte une première portion 22 formant un zigzag, c'est-à-dire une juxtaposition de motifs sensiblement en « V » reliés ensemble par les extrémités des barres du « V ».
Comme on le voit sur la figure 1, les motifs en « V » sont orientés sensiblement dans une direction orthogonale à la direction longitudinale de l'élément radiant.
De préférence, la portion 22 formant zigzag comporte quatre motifs en « V » et l'extrémité du dernier motif en « V » opposée à la zone de connexion est reliée à une portion d'extrémité 24 terminant la première branche 16.
Cette première branche 16 forme une première partie radiante apte à rayonner de préférence aux fréquences appartenant à la bande de fréquences GSM, c'est-à-dire à des fréquences comprises entre 850 et 1000 MHz.
La portion 22 formant zigzag présente une longueur sensiblement égale au quart de la longueur d'onde ayant pour fréquence centrale une fréquence GSM comprise entre 850 et 1000 MHz, et de préférence sensiblement égale à 900 MHz.
La seconde branche 18 de l'élément radiant 12 comporte une portion de conducteur de forme sensiblement rectangulaire 26 s'étendant dans la direction longitudinale de l'antenne compacte 10.
De préférence, la longueur de cette portion rectangulaire 26 est sensiblement proportionnelle au quart de la longueur d'onde pour la fréquence centrale la plus haute comprise entre 1700 et 2100 MHz, de préférence égale à 1900 MHz.
Pour améliorer davantage les performances de l'antenne, comme on l'expliquera d'une façon plus détaillée par la suite, la longueur dépliée de la portion formant zigzag 22 est de préférence sensiblement égale au double de la longueur de la portion rectangulaire 26.
Comme on l'a déjà précisé ci-dessus et comme on le constate sur la figure 1, l'élément radiant 12 forme une boucle ouverte. C'est-à-dire qu'il existe une ouverture 28, formant un espace entre les extrémités des branches 16, 18 opposées aux extrémités connectées entre elles.
Cette ouverture 28 est située de préférence entre la portion d'extrémité 24 terminant la branche 22 et l'extrémité de la portion rectangulaire 26.
La portion d'extrémité 24 présente la forme d'un « L » dont au moins un des bras à une forme rectangulaire 24' dont la largeur est sensiblement égale à la largeur de la portion rectangulaire 26.
La longueur dépliée de la portion d'extrémité 24 est de préférence petite par rapport à la longueur dépliée de la portion formant zigzag 22.
On comprend donc, à l'aide de la figure 1, que ledit bras de forme rectangulaire 24' est dans le prolongement de la portion rectangulaire 26.
De préférence, la largeur de l'ouverture 28, autrement dit la distance séparant les extrémités des deux branches est sensiblement égale à la largeur de la portion rectangulaire 26. En tout état de cause, elle est très inférieure au dixième de la longueur d'onde pour la fréquence la plus haute.
Une autre caractéristique remarquable, dont un intérêt sera expliqué d'une façon plus détaillée par la suite, est que la portion rectangulaire 26 est relativement proche des extrémités des barres des motifs en « V ». Plus précisément, la distance séparant une extrémité d'un motif en « V » est très inférieure au dixième de la longueur d'onde pour la fréquence cellulaire la plus haute.
Comme on peut le voir sur la figure 3, la zone de connexion 20 de l'élément radiant 12 est de préférence électriquement reliée à un conducteur central 30 d'un connecteur 31 apte à être relié à une ligne d'alimentation 32.
De préférence, la ligne d'alimentation est un câble coaxial d'impédance 50 Ohms.
Cette ligne d'alimentation comporte également un blindage 34 électriquement connectable à un conducteur périphérique 29 du connecteur 31, qui est électriquement relié à une zone de connexion 36 du contrepoids 14 et électriquement isolé de la zone de connexion 20 de l'élément radiant 12.
Toujours en se référant à la figure 1, on va maintenant décrire plus en détail la structure du contrepoids 14.
Ce contrepoids 14 comporte un axe de symétrie qui s'étend parallèlement à la direction longitudinale de l'antenne compacte 14.
Plus précisément, cet axe de symétrie passe sensiblement par le centre de la zone de connexion 36 du contrepoids 14.
En se référant à la figure 1, on voit que le contrepoids 14 comporte deux portions 38, 38' en forme de « U » et deux portions rectilignes 40, 40'. Les deux portions en forme de « U » et les deux portions rectilignes étant symétriques l'une de l'autre, on ne décrira dans la suite qu'une seule portion en forme de « U » 38 et une seule portion rectiligne 40.
La portion en forme de « U » 38 comporte une première branche 42 dont l'extrémité est électriquement reliée à la zone de connexion 36 du contrepoids 14 et une deuxième branche 44.
Les deux branches 42, 44 de la portion en forme de « U » sont parallèles entre elles et s'étendent chacune parallèlement à la direction longitudinale de l'antenne compacte.
La portion en forme de « U » est disposée de telle sorte que la deuxième branche 44 est située entre la première branche 42 et l'axe de symétrie du contrepoids.
La portion rectiligne 40 de forme sensiblement rectangulaire est électriquement reliée à la zone de connexion 36 du contrepoids 14 par une de ses extrémités et s'étend dans une direction parallèle à la direction longitudinale de l'antenne compacte 10.
L'autre extrémité de la portion rectiligne s'étend entre les deux branches 42, 44 de la portion en forme de « U » de sorte que lesdites branches bordent pratiquement la totalité des bords latéraux de la portion rectiligne 40.
En outre, du fait de la symétrie, on comprend que la deuxième branche 44 de la portion en forme de « U » 38 est disposée en vis-à-vis de la branche de la portion symétrique en forme de « U » 38'.
De préférence, la distance entre ces deux branches est très inférieure au vingtième de la longueur d'onde pour la fréquence cellulaire la plus haute, c'est-à-dire de l'ordre du millimètre.
En outre, la longueur dépliée de la portion en forme de « U » 38 du contrepoids 14 est de préférence sensiblement égale ou légèrement supérieure à la longueur dépliée de la portion formant zigzag 22.
De même, la longueur de la portion rectiligne 40 du contrepoids 14 est de préférence sensiblement égale ou légèrement supérieure à la longueur de la portion rectangulaire 26 de l'élément radiant 12.
On va maintenant décrire le principe de fonctionnement de l'antenne compacte en se référant aux figures 4, 5 et 6.
Pour la fréquence sensiblement égale à la fréquence centrale du GSM 900 MHz, c'est-à-dire voisine de la fréquence cellulaire la plus basse, la partie radiante dont la longueur est sensiblement égale au quart de la longueur d'onde entre en résonance. Autrement dit, c'est la portion formant zigzag 22 de la première branche 16 de l'élément radiant 12 qui résonne. La distribution des courants 46 est donc plus particulièrement localisée sur la portion formant zigzag et sur la zone de connexion 20.
L'équilibre électrique implique de manière connue une distribution des courants sur un plan de masse 14 en contrepartie de la distribution des courants 46 sur l'élément radiant 12.
Dans la présente invention, le contrepoids 14 joue le rôle d'un plan de masse compact.
Autrement dit, la distribution de courants sur le contrepoids est de préférence localisée sur les portions en forme de « U » 38, 38' comme le montre d'une façon schématique la figure 4, alors que les portions rectangulaires 40 ne sont pratiquement pas parcourues par les courants.
Pour la fréquence centrale qui est sensiblement égale à la fréquence GSM 1900 MHz, c'est-à-dire voisine de la fréquence cellulaire la plus haute, la partie radiante dont la longueur est sensiblement égale au quart de la longueur d'onde de ladite onde entre en résonance. Autrement dit, c'est la portion rectangulaire 26 qui entre en résonance.
Or, en raison de la proximité de ces deux portions 26 et 16, un phénomène de couplage et de parasite apparaít entre ces deux portions de telle sorte que la portion formant zigzag 22 entre également en résonance.
La distribution des courants sur le contrepoids est telle qu'ils se répartissent sur la portion du contrepoids dont la longueur est voisine du quart de la longueur d'onde pour la bande de fréquences considérée.
Autrement dit la distribution des courants sur le contrepoids compact 14 est plus particulièrement localisée sur la zone de connexion 36 et sur les portions rectilignes 40, 40'.
On comprend donc que malgré l'absence d'un plan de masse théorique idéal, c'est-à-dire un plan de très grande dimension, le contrepoids compact 14 remplit la fonction de double plan de masse aux fréquences d'utilisation de l'antenne.
En se référant à la figure 6, on va maintenant décrire le diagramme Gain/Fréquence de l'antenne compacte 10 dans son premier mode de réalisation.
Dans ce diagramme, l'axe des abscisses représente la fréquence appliquée à la ligne d'alimentation 32 de l'antenne 10. La fréquence est exprimée en Gigahertz et le spectre varie entre 0,8 GHz et 2,3 GHz.
L'axe des ordonnés représente le gain en dBi de l'antenne compacte.
On constate que pour une fréquence voisine de 0,9 GHz, le gain de l'antenne est élevé et vaut entre 0 et 1 dBi. Cette bande de fréquences 48 voisine de 0,9 GHz correspond sensiblement à la bande de fréquences GSM 850/900 MHz. L'antenne est donc adaptée à cette bande de fréquences.
En outre, on constate que le gain de l'antenne est particulièrement élevé pour des fréquences comprises entre 1700 MHz et 2200 MHz. Cette bande de fréquences 50 est relativement large et correspond aux bandes de fréquences DCS 1800, PCS 1900 et UMTS 2100. L'antenne est donc adaptée à ces bandes de fréquences.
La largeur de cette bande de fréquences est notamment due à la proximité de la portion rectangulaire 26 et de la portion formant zigzag 22.
Comme on l'a déjà expliqué ci-dessus, un couplage et un effet parasite apparaissent à des fréquences voisines de 1900 MHz ayant pour effet d'élargir la bande passante de l'antenne à cette fréquence et donc de permettre l'utilisation de l'antenne à des fréquences plus élevées, notamment à des fréquences UMTS 2100.
On comprend donc que l'antenne compacte de la présente invention est adaptée à la fois aux bandes de fréquences GSM et UMTS.
La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de l'antenne compacte 100 dans lequel l'élément radiant 120 est identique à celui du premier mode de réalisation de l'antenne compacte et dans lequel le contrepoids est identique à ceci près qu'il ne comporte pas de portions rectiligne comme dans le premier mode de réalisation.
Les éléments identiques à ceux du premier mode de réalisation portent la même référence multipliée par cent.
Comme on le voit sur la figure 2, les branches 440, 440' sont disposées proches l'une de l'autre et également proches des branches 420 de manière à favoriser les phénomènes de couplage et de parasitisme.

Claims (13)

  1. Antenne de type monopôle (10) apte à fonctionner à des bandes de fréquences cellulaires comprenant :
    une surface conductrice (12) formant un élément radiant et comprenant une zone de connexion électrique (20),
    un contrepoids compact (14) conducteur comportant une zone de connexion;
    une ligne d'alimentation (32) comprenant un câble d'antenne (30, 34) relié aux zones de connexion (20, 36) dudit élément radiant (12) et dudit contrepoids compact (14),
    caractérisé en ce que ledit élément radiant (12) présente la forme d'une boucle ouverte comportant deux branches (16, 18) reliées ensemble au câble d'antenne (30, 34) et qui définissent une première (22) et une deuxième partie radiante (26), en ce que chacune des parties radiantes (22, 26) est apte à entrer en résonance à au moins une fréquence de la bande de fréquences cellulaires et s'étend dans une direction principale, et en ce que ces deux directions principales sont sensiblement parallèles de manière à fonctionner en parasite et en couplage entre les deux parties radiantes (22, 26).
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première partie radiante (22) est une surface conductrice sensiblement plane dont une portion est une juxtaposition de motifs identiques s'étendant dans une direction sensiblement orthogonale à la direction principale de la première partie radiante (22).
  3. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit motif est sensiblement en forme de « V ».
  4. Antenne selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite portion (22) comprend au moins quatre motifs identiques.
  5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la longueur dépliée de la première partie radiante (22) est sensiblement proportionnelle au quart de la longueur d'onde de l'onde ayant une fréquence centrale sensiblement égale à la fréquence cellulaire la plus basse.
  6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la seconde partie radiante (26) est un conducteur sensiblement rectiligne s'étendant dans la direction principale de ladite seconde partie radiante (26).
  7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la longueur de la seconde partie radiante (26) est sensiblement proportionnelle au quart de la longueur d'onde de l'onde ayant une fréquence centrale sensiblement égale à la fréquence cellulaire la plus haute.
  8. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le contrepoids compact (14) comporte un axe de symétrie parallèle à la direction principale de la première partie radiante (22) et en ce qu'il comporte au moins une portion en forme de « U » (38, 38') comprenant une première (42) et une seconde branche (44) et dont la première branche (42) est reliée à la zone de connexion (36) dudit contrepoids compact (14).
  9. Antenne selon la revendication 8, caractérisée en ce que la portion de conducteur en forme de « U » (38, 38') comporte deux branches rectilignes (42, 44) s'étendant chacune dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de symétrie du contrepoids compact (14).
  10. Antenne selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que le contrepoids compact (14) comporte deux portions en forme de « U » (38, 38') dont les secondes branches sont disposées en vis-à-vis.
  11. Antenne selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que le contrepoids compact (14) comporte en outre au moins une portion rectiligne de conducteur (40, 40') s'étendant dans une direction parallèle à l'axe de symétrie du contrepoids compact (14) et en ce qu'une extrémité de ladite au moins une portion rectiligne (40, 40') est reliée à la zone de connexion (36) du contrepoids compact (14).
  12. Antenne selon la revendication 11, caractérisée en ce que la portion rectiligne (40, 40') s'étend sensiblement entre les deux branches (42, 44) d'une portion en forme de « U » (38, 38').
  13. Antenne selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée en ce que les longueurs des branches (42, 44) d'une portion en « U » et d'une portion rectiligne (40, 40') sont sensiblement égales.
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