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WO2007000520A2 - Systeme d'antenne polyvalent - Google Patents

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WO2007000520A2
WO2007000520A2 PCT/FR2006/050409 FR2006050409W WO2007000520A2 WO 2007000520 A2 WO2007000520 A2 WO 2007000520A2 FR 2006050409 W FR2006050409 W FR 2006050409W WO 2007000520 A2 WO2007000520 A2 WO 2007000520A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiating elements
radiating
antenna system
reception
antenna
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.)
Ceased
Application number
PCT/FR2006/050409
Other languages
English (en)
Other versions
WO2007000520A3 (fr
Inventor
Franck Thudor
Françoise Le Bolzer
Corinne Nicolas
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.)
Thomson Licensing SAS
Original Assignee
Thomson Licensing SAS
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 Thomson Licensing SAS filed Critical Thomson Licensing SAS
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Priority to KR1020077024472A priority patent/KR101223134B1/ko
Priority to JP2008509486A priority patent/JP4943422B2/ja
Priority to EP06794396.9A priority patent/EP1878123B1/fr
Priority to CN2006800153354A priority patent/CN101171757B/zh
Publication of WO2007000520A2 publication Critical patent/WO2007000520A2/fr
Publication of WO2007000520A3 publication Critical patent/WO2007000520A3/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/08—Means for collapsing antennas or parts thereof
    • H01Q1/085—Flexible aerials; Whip aerials with a resilient base
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    • 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
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them

Definitions

  • the present invention relates to an antenna system for use in a wireless link, more particularly in a home environment for high speed video transmission.
  • Such systems must have topologies integrating diversity.
  • the present invention provides a type of antenna system that can be used in a variety of geometric configurations so that systems integrated in two devices with different geometric constraints can be identical.
  • the present invention relates to an antenna system for a wireless link operating in transmit and receive mode comprising at least two radiating elements with a first radiating element operating in reception (Rx) in a first polarization direction and a second radiating element operating in transmission. (Tx) in a second polarization direction.
  • the first and second radiating elements are positioned next to one another so that a first antenna system operates with a second identical antenna system, oriented parallel or at 90 ° with respect to the first antenna system.
  • the radiating elements are formed on a first rigid substrate having a layer of flexible material extending beyond the portion receiving the radiating elements, the layer of flexible material having at its other end a second rigid substrate.
  • Such a system can be integrated in two devices with distinct geometric constraints without having to make any changes to the actual structure of the antenna system.
  • the layer of flexible material constitutes an inner layer of the rigid substrates.
  • three distinct radiating elements are used, one in transmission and two in reception.
  • This embodiment solves a well-known problem of wireless links in the home environment (intra- building or "indoor” links) which suffer from degradation of the propagation channel related to the multipath or multipath phenomena that are caused by the reflections of the signal on the obstacles (walls, furniture ). It is further observed that this channel can vary with time depending on the movements of people in the house for example. Fluctuations in the received signal level then take place according to the constructive or destructive combinations of the paths. For to overcome this problem, it is known to those skilled in the art to use two receiving antennas so as to integrate a spatial diversity, polarization or radiation reception.
  • the radiating elements have a radiation in the plane of the first rigid substrate on which they are integrated, the radiating elements being made in printed circuit technology, for example of slot type, Vivaldi, printed dipole, printed Yagi.
  • the radiating elements have a radiation in a plane perpendicular to the plane of the first rigid substrate on which they are integrated, the radiating elements being able to be produced according to a technology chosen from printed circuit, dielectric, ceramic, 3D metal technologies.
  • the second antenna system when the first and second polarization directions are perpendicular, the second antenna system is oriented at 90 ° to the first antenna system.
  • Such an antenna topology can be easily integrated into an equipment.
  • the orthogonality of the polarization between transmission and reception is used in order to be able to match this antenna solution on equipment having different orientations (typically horizontal: Front End Box) and vertical (plasma screen).
  • the connection between the two devices is most often in direct view. This means that the link is optimal if the polarization of the transmitting antenna of the first equipment is identical to that of the receiving antenna of the second equipment and vice versa.
  • the radiating elements are here chosen from waveguides, micro-ribbon patches, dipoles, radiating slots, waveguides that can be made from tin-plated sheet metal. stamped or plastic molding with metal inserts and can also be square.
  • Fig. 1a and 1b schematically represent a radiating device according to one embodiment of the invention in two distinct geometrical configurations.
  • Fig. 2 shows two curves representing the reflection coefficient of the radiating device in the two configurations of Figures la and Ib. 3 shows two curves representing the insertion losses obtained with the radiating device in the two configurations of FIGS. 1a and 1b.
  • Fig. 4a and 4b show schematically wireless links made using radiating devices according to the embodiment of Figure 1, respectively for devices comprising radiating elements with longitudinal and transverse radiation.
  • Fig. 5 schematically shows a radiating device according to another embodiment of the invention.
  • Fig. 6 represents the 3D and 2D radiation patterns obtained in each of the waveguides of the radiating device of FIG. 5.
  • Fig. 7 is a diagram of a radiating device according to the embodiment of Figure 5 and shielded.
  • Fig. 8 schematically represents a wireless link made using radiating devices according to the embodiment of FIG. 5.
  • the system 10 includes three radiating elements (RxI, Rx2, Tx) integrated on a first rigid substrate 11 and a control circuit of these radiating elements integrated on a second rigid substrate 12.
  • the control circuit conventionally includes microwave and baseband functions and digital functions.
  • the system 10 includes a layer of flexible material 13 between the two rigid planar substrates 11 and 12.
  • One or more microstrip lines 14 are integrated on this flexible portion 13 so as to make the connections between the rigid substrates 11 and 12.
  • the flexible portion 13 makes it possible to modify the geometrical configuration of the device 10 by folding the flexible layer 13 while maintaining a constant position for the rigid substrate 11 on which the radiating elements are integrated.
  • the rigid substrates 11 and 12 are advantageously planar and may have fastening means such as clips or grooves.
  • the layers of rigid material are for example made in low cost materials such as FR4 type materials.
  • the layer or layers of flexible material may be made of Kapton type material and also constitute the inner layers of the rigid substrates 11 and 12. This last feature makes it possible to avoid discontinuities of lines between the functions provided on each of the rigid substrates 11 and 12.
  • Other flexible materials such as plastics such as Polyethylene Terephthalate
  • PET polybutylene terephthalate
  • TPE Thermoplastic Elastomer
  • the use of the flexible material provides great flexibility in the use and placement of the antenna system 10 by maintaining the polarization directions that are suitable for a given wireless link.
  • the operation obtained in the two configurations proposed in FIG. 1 was simulated using the 3D electromagnetic modeling software HFSS (Ansoft).
  • a microstrip line with a characteristic impedance of 50 ohms has been simulated.
  • the width of the 50 ohm microstrip line is equal to 0.14 mm at the rigid substrates of the circuit and radiating elements and at 0.185 mm at the flexible material alone.
  • FIGS. 2 and 3 The results obtained in terms of adaptation and insertion losses are shown in FIGS. 2 and 3.
  • Curve 2a represents the reflection coefficient observed for the still plane system of FIG. 1a and curve 2b represents the reflection coefficient. observed for the folded system of Figure Ib.
  • the curve 3a shows the insertion losses observed for the device remained plane of the figure the and curve 3b represents ⁇ insertion losses observed for the folded device of Figure Ib.
  • the reflection coefficient is very low in both cases ( ⁇ -25dB) which means that almost all of the energy injected at one end of the line is effectively transmitted to the other end.
  • the insertion losses are very low ( ⁇ 0.3dB) in both line configurations, which means that little energy is dissipated along this line.
  • FIGS. 4a and 4b show two examples of use of a wireless connection made between a plasma screen 41 for displaying videos and a video content processing box 42 (Front End Box in English) using a pair of antenna systems 10 according to the invention.
  • the processing of video content is varied and ranges from digital reception of programming from a cable or satellite decoder or even from a server.
  • the treatment box can be removed from the screen and be located either in the same room or in a neighboring room.
  • a wireless link is therefore particularly suitable for such an application.
  • the plasma screen is very flat, fixed to a wall or placed on a base in vertical position while the video content processing box is parallelepipedal in shape and used in horizontal position.
  • the characteristics of the plasma screens and those of the video content processing boxes are such that their geometric dimensions extend in perpendicular dimensions.
  • the establishment of an antenna system necessary for the implementation of the wireless link does not involve increasing the dimensions of these two technical elements, the invention finds an application here.
  • FIG. 4a three distinct radiating elements are integrated: one in transmission Tx and two in reception RxI and Rx2, the arrows representing the orientations of the linear polarizations used.
  • the use of two radiating elements in reception makes it possible to obtain a diversity scheme of order 2 in reception.
  • the wave emitted by the three radiating elements has a horizontal linear polarization and a longitudinal radiation, that is to say in the plane of the substrate, as represented by the radiation diagrams 44 and 45 diagrammatically shown in the figure.
  • the antenna system as shown in Figure la, can be placed horizontally on the video content processing box without folding constraint.
  • an identical antenna system must however extend its dimensions in the vertical direction given the small thickness of the screen.
  • the radiating elements having longitudinal radiation are advantageously made in printed technology and correspond, for example, to structures of the Vivaldi type, printed dipole, printed Yagi ...
  • FIG. 4b shows another example in which radiating elements with transverse radiation, that is to say in the plane perpendicular to the substrate, are used, as represented by the radiation diagrams 44 and 45 diagrammatically shown. in Figure 4b.
  • the configuration of the wireless link changes.
  • the system requiring folding is then disposed on the video content processing box and another system is placed vertically flat on the screen.
  • the radiating elements having a transverse radiation can be realized in printed technology (patch, Annular Slot Antenna ”), dielectric or ceramic (DRA: Dielectric Resonator Antenna %), 3D Metal (PIFA: Planar Inverted F Antenna, waves ).
  • FIG. 5 an antenna system 10 according to another embodiment of the invention.
  • the system comprises at least two radiating elements, one in reception Rx and one in transmission Tx, with polarization directions oriented at 90 ° to one another.
  • three radiating elements are represented, two in reception RxI and Rx2 and one in transmission Tx.
  • the wave emitted by the radiating element Tx has a polarization perpendicular to the wave received by the radiating elements Rx.
  • the radiating elements are represented in open waveguide technology.
  • Such a structure can be made of tin-plated sheet metal, molded or plastic overmoulded with metal inserts made of folded sheet metal, for example.
  • the molding can advantageously be performed at the same time as the screen boxes and / or video content processing box.
  • they can be made using various technologies such as printed technology (patch, dipoles, radiating slots ...), wired technology ...
  • Several of these technologies can also be used in the same device: for example, rectangular waveguides in reception and a dipole in transmission. It is also possible to use square waveguides instead of rectangular waveguides to add a polarization diversity scheme.
  • the radiation patterns obtained for operation at 5500 MHz are presented in FIG. 6. They are consistent with those obtained for an open waveguide taken alone, with a slight deformation of the radiation patterns of the RxI guide due to the presence of the second guide Rx2 and vice versa.
  • This shielding 70 consists of a plate on which the waveguides are placed.
  • FIG. 8 shows an example of use of a system 50 as shown in FIG. 5.
  • the device 50 is placed vertically while it is positioned horizontally in the content processing box.
  • video 82 the device 50 is placed vertically while it is positioned horizontally in the content processing box.
  • the invention makes it possible to use the same model of antenna systems for multiple applications of various geometries without modifying the dimensions of the objects on which a wireless link is implemented.
  • the invention thus gives a great versatility of applications to the radiating devices obtained.
  • the implementation of wireless links is therefore facilitated. It is noted that the costs of developing and manufacturing such links are low thanks to the invention.
  • materials widely used in consumer products can be used in radiating devices according to the invention and this reduces the cost of the solution.
  • the invention is not limited to the embodiments described and the skilled person will recognize the existence of various embodiments such as for example the use of diversity scheme of the various radiating elements, various design possibilities of the rigid and flexible parts , the only constraint to find dimensions of the radiating device compatible with the areas of integration of the solution, various applications such as billboards, for example in airports and railway stations ...

Landscapes

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Abstract

La présente invention concerne un système d'antennes (10, 50) destiné à être utilisé dans une liaison sans fil, présentant des directions de polarisation, respectivement en réception (Rx) et en émission (Tx), identiques avec les directions de polarisation, respectivement en émission et en réception, présentées par un système semblable placé dans une configuration géométrique d'utilisation différente de celle dudit premier système. L'invention permet d'implémenter des dispositifs identiques dans des équipements distincts et dans des positions distinctes tout en permettant un bon fonctionnement de la paire d'antennes.

Description

SYSTEME D'ANTENNE POLYVALENT
La présente invention concerne un système d'antenne destiné à être utilisé dans une liaison sans fil, plus particulièrement en milieu domestique pour la transmission vidéo haut débit. De tels systèmes doivent présenter des topologies intégrant de la diversité.
De telles situations se rencontrent dans le domaine de la télévision numérique où il s'agit de relier, par exemple, à l'aide d'une liaison sans fil, un écran et une boite de traitement de contenus vidéo (« Front End Box » en langue anglaise) .
Il s'agit ainsi d' implémenter une liaison sans fil dans deux équipements présentant des géométries et des orientations différentes mais faisant partie d'un même produit. Les contraintes d'intégration d'un dispositif rayonnant sont largement dictées par la géométrie et l'agencement de l'équipement : cela conditionne le choix du type d'antennes. Or comme de telles antennes sont polarisées, deux configurations d'utilisation différentes, par exemple, sur deux équipements d'un même produit, induisent le plus souvent l'usage de deux structures de dispositifs rayonnants différents . Cela génère des coûts de développement et de production car des dispositifs distincts doivent être mis au point .
La présente invention propose un type de système d'antenne pouvant être utilisé selon diverses configurations géométriques de manière à ce que les systèmes intégrés dans deux équipements présentant des contraintes géométriques différentes puissent être identiques .
La présente invention concerne un système d' antenne pour liaison sans fils fonctionnant en émission et en réception comportant au moins deux éléments rayonnants avec un premier élément rayonnant fonctionnant en réception (Rx) selon une première direction de polarisation et un second élément rayonnant fonctionnant en transmission (Tx) selon une seconde direction de polarisation. Dans ce cas, les premier et second éléments rayonnants sont positionnés l'un à côté de l'autre pour qu'un premier système d'antenne fonctionne avec un second système d'antenne identique, orienté parallèlement ou à 90° par rapport au premier système d'antenne. En permettant de conserver les directions de polarisation utilisées en réception et en émission dans deux configurations géométriques distinctes d'un même système d'antenne, l'invention autorise à utiliser le même système dans des équipements aux contraintes géométriques distinctes . Cela limite les coûts de développement et de production puisqu'une seule structure est nécessaire.
Selon une réalisation, les éléments rayonnants sont réalisés sur un premier substrat rigide comportant une couche en matériau flexible se prolongeant au-delà de la partie recevant les éléments rayonnants, la couche en matériau flexible comportant à son autre extrémité un second substrat rigide .
Un tel système peut être intégré dans deux équipements à contraintes géométriques distinctes sans avoir à apporter de modification à la structure même du système d' antenne .
Dans une réalisation, la couche de matériau flexible constitue une couche interne des substrats rigides .
Dans une réalisation, trois éléments rayonnants distincts sont utilisés, un en transmission et deux en réception.
Cette réalisation résout un problème bien connu des liaisons sans fil en milieu domestique (liaisons intra- bâtiment ou « indoor ») qui souffrent de dégradations du canal de propagation liées aux phénomènes de trajets multiples ou multitrajets qui sont occasionnés par les réflexions du signal sur les obstacles (murs, meubles...) . On observe de plus que ce canal peut varier avec le temps en fonction des mouvements des personnes dans la maison par exemple. Des fluctuations sur le niveau de signal reçu ont alors lieu en fonction des combinaisons constructive ou destructrice des trajets. Pour pallier à ce problème, il est connu de l'homme de l'art d'utiliser deux antennes de réception de manière à intégrer une diversité spatiale, de polarisation ou de rayonnement à la réception . Selon une première réalisation, les éléments rayonnants présentent un rayonnement dans le plan du premier substrat rigide sur lequel ils sont intégrés, les éléments rayonnants étant réalisés en technologie circuit imprimé, par exemple de type fente, Vivaldi, dipôle imprimé, Yagi imprimé. Selon une seconde réalisation, les éléments rayonnants présentent un rayonnement dans un plan perpendiculaire au plan du premier substrat rigide sur lequel ils sont intégrés, les éléments rayonnants pouvant être réalisés selon une technologie choisie parmi les technologies circuit imprimé, diélectrique, céramique, métal 3D.
Dans une caractéristique de l'invention, lorsque les première et seconde directions de polarisation sont perpendiculaires, le second système d'antennes est orienté à 90° par rapport au premier système d'antenne. Une telle topologie d'antenne peut être intégrée aisément dans un équipement. L' orthogonalité de la polarisation entre l'émission et la réception est utilisée de manière à pouvoir appairer cette solution d' antenne sur des équipements présentant des orientations différentes (typiquement horizontal : Front End Box) et vertical (écran plasma) . En effet pour les liens haut débit qui nous intéressent, la liaison entre les deux équipements est le plus souvent en vue directe. Ce qui veut dire que le lien est optimal si la polarisation de l'antenne d'émission du premier équipement est identique à celle de l'antenne de réception du second équipement et réciproquement.
Selon un mode de réalisation, les éléments rayonnants sont ici choisis parmi les guides d'ondes, les patch micro ruban, les dipôles, les fentes rayonnantes, les guides d'ondes pouvant être réalisés à partir de tôle étamée emboutie ou d'un moulage plastique avec des inserts métalliques et pouvant aussi être carrés.
D' autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description de différents modes de réalisation non limitatifs, la description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels :
Fig. la et Ib représentent schématiquement un dispositif rayonnant selon un mode de réalisation de l'invention dans deux configurations géométriques distinctes.
Fig. 2 montre deux courbes représentant le coefficient de réflexion du dispositif rayonnant dans les deux configurations des figures la et Ib. Fig. 3 montre deux courbes représentant les pertes d' insertion obtenues avec le dispositif rayonnant dans les deux configurations des figures la et Ib.
Fig. 4a et 4b représentent schématiquement des liaisons sans fil réalisées à l'aide de dispositifs rayonnants selon la réalisation de la figure 1, respectivement pour des dispositifs comprenant des éléments rayonnants à rayonnement longitudinal et transverse.
Fig. 5 représente schématiquement un dispositif rayonnant selon une autre réalisation de l'invention. Fig. 6 représente les diagrammes de rayonnement 3D et 2D obtenu dans chacun des guides d' ondes du dispositif rayonnant de la figure 5.
Fig. 7 est un schéma d'un dispositif rayonnant selon la réalisation de la figure 5 et blindé. Fig. 8 représente schématiquement une liaison sans fil réalisée à l'aide de dispositifs rayonnants selon la réalisation de la figure 5.
Sur la figure 1 est représenté un système d'antenne
10 selon un mode de réalisation de l'invention. Le système 10 inclut trois éléments rayonnants (RxI, Rx2, Tx) intégrés sur un premier substrat rigide 11 et un circuit de commande de ces éléments rayonnants intégré sur un second substrat rigide 12. Le circuit de commande inclut classiquement des fonctions hyperfréquences et bande de base et des fonctions numériques . Le système 10 inclut une couche de matériau flexible 13 entre les deux substrats plans rigides 11 et 12. Une ou plusieurs lignes microruban 14 sont intégrées sur cette portion flexible 13 de manière à réaliser les connexions entre les substrats rigides 11 et 12. La portion flexible 13 permet de modifier la configuration géométrique du dispositif 10 par pliage de la couche flexible 13 tout en conservant une position constante pour le substrat rigide 11 sur lequel sont intégrés les éléments rayonnants. Les substrats rigides 11 et 12 sont avantageusement plans et peuvent présenter des moyens de fixation tels des clips, ou encore des rainures. Les couches de matériau rigide sont par exemple réalisées dans des matériaux bas coût tel les matériaux de type FR4. La ou les couches de matériau flexible peuvent être réalisée en matériau de type Kapton et constituer également les couches internes des substrats rigides 11 et 12. Cette dernière caractéristique permet d'éviter les discontinuités de lignes entre les fonctions assurées sur chacun des substrats rigides 11 et 12. D'autres matériaux flexibles, comme des matières plastiques telles que les Polyethylene Terephtalate
(PET) ou les Polybutylene Terephtalate (PBT) ou les polyesters dérivés du type Thermoplastic Elastomer (TPE) , sont également compatibles avec un usage dans un dispositif selon 1' invention.
L'utilisation du matériau flexible offre une grande souplesse dans l'utilisation et le placement du système d'antenne 10 en conservant les directions de polarisations qui conviennent à une liaison sans fil donnée.
Le fonctionnement obtenu dans les deux configurations proposées sur la figure 1 a été simulé à l'aide du logiciel de modélisation électromagnétique 3D HFSS (Ansoft) . Pour cela, le matériau rigide choisi est de type FR4 (Er=4,4 ; tan delta=0,023 ; h=0,54 mm), le matériau flexible est de type Kapton (Er=3,5 ; tan delta=0,009 ; h=0,075 rtim) . Une ligne microruban d' impédance caractéristique 50 ohms a été simulée . La largeur de la ligne microruban 50 ohms est égale à 0,14 mm au niveau des substrats rigides des parties circuit et éléments rayonnants et à 0,185 mm au niveau du matériau flexible seul.
Les résultats obtenus en terme d'adaptation et de pertes d' insertion sont représentés sur les figures 2 et 3. La courbe 2a représente le coefficient de réflexion observé pour le système resté plan de la figure la et la courbe 2b représente le coefficient de réflexion observé pour le système plié de la figure Ib. La courbe 3a représente les pertes d' insertion observées pour le dispositif resté plan de la figure la et la courbe 3b représente les pertes dΛinsertion observées pour le dispositif plié de la figure Ib. On vérifie ainsi que, dans le domaine de fréquence où le système d'antenne de la présente invention est appelé à fonctionner, la contrainte mécanique imposée au substrat flexible ne dégrade pas l'adaptation ni les pertes d'insertion. En effet le coefficient de réflexion est très faible dans les deux cas (<-25dB) ce qui signifie que la quasi totalité de l'énergie injectée à une extrémité de la ligne est effectivement transmise à l'autre extrémité. De la même manière, on note que les pertes d' insertion sont très faibles (<0.3dB) dans les deux configurations de ligne, ce qui signifie que peu d'énergie est dissipée le long de cette ligne.
Les figures 4a et 4b représentent deux exemples d'utilisation d'une connexion sans fil réalisée entre un écran plasma 41 pour afficher des vidéos et une boite de traitement de contenu vidéo 42 (Front End Box en anglais) à l'aide d'une paire de systèmes d'antenne 10 selon l'invention. Le traitement de contenu vidéo est varié et va de la réception numérique d'émissions venant d'un décodeur câble ou satellite ou même d'un serveur. La boite de traitement peut être éloignée de l'écran et se situer soit dans la même pièce, soit dans une pièce voisine. Une liaison sans fil est donc particulièrement adaptée à une telle application. Par nature, l'écran plasma est très plat, fixé à un mur ou posé sur un socle en position verticale alors que la boite de traitement de contenus vidéo est de forme parallélépipédique et utilisée en position horizontale. Les caractéristiques des écrans plasma et celles des boites de traitement de contenu vidéo sont donc telles que leurs dimensions géométriques s'étendent dans des dimensions perpendiculaires . Comme il est préférable que la mise en place d'un système d'antenne nécessaire à la mise en œuvre de la liaison sans fil n'implique pas d'augmenter les dimensions de ces deux éléments techniques, l'invention trouve ici une application.
Sur la figure 4a, trois éléments rayonnants distincts sont intégrés : un en transmission Tx et deux en réception RxI et Rx2, les flèches représentant les orientations des polarisations linéaires utilisées . L' utilisation de deux éléments rayonnants en réception permet d'obtenir un schéma de diversité d'ordre 2 en réception. L' onde émise par les trois éléments rayonnants présente une polarisation linéaire horizontale et un rayonnement longitudinal, c'est-à-dire dans le plan du substrat, ainsi que représenté par les diagrammes de rayonnement 44 et 45 schématiquement portés sur la figure. Dans un tel cas, le système d'antennes, ainsi que représenté sur la figure la, peut être placé horizontalement sur la boite de traitement de contenu vidéo sans contrainte de pliage. Du coté de l'écran, un système d' antennes identique doit en revanche étendre ses dimensions dans le sens vertical étant donné la faible épaisseur de l'écran. Un système identique est alors placé verticalement, mais afin d'assurer la compatibilité en terme de rayonnement et de polarisation, ce positionnement nécessite de couder le système de manière à ramener le substrat rigide intégrant les éléments rayonnants à l'horizontale, ainsi que représenté sur la figure Ib. La place disponible pour placer un tel dispositif est par exemple, trouvée au niveau du haut- parleur 43. Alors les directions de polarisation sont compatibles en émission et réception.
Les éléments rayonnants présentant un rayonnement longitudinal sont avantageusement réalisés en technologie imprimée et correspondent par exemple à des structures de type Vivaldi, dipôle imprimé, Yagi imprimé...
Sur la figure 4b, est représenté un autre exemple dans lequel sont mis en œuvre des éléments rayonnants à rayonnement transversal, c'est-à-dire dans le plan perpendiculaire au substrat, ainsi que représenté par les diagrammes de rayonnement 44 et 45 schématiquement portés sur la figure 4b. La configuration de la liaison sans fil change alors. Le système nécessitant un pliage est alors disposé sur la boite de traitement de contenu vidéo et un autre système est placé verticalement à plat sur l'écran.
Les éléments rayonnants présentant un rayonnement transversal peuvent être réalisés en technologie imprimée (patch, Annular Slot Antenna...) , diélectrique ou céramique (DRA : Dielectric Resonator Antenna...) , Métal 3D (PIFA : Planar Inverted F Antenna, guides d'ondes...) .
Sur la figure 5 est représenté un système d' antennes 10 selon un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation le système comprend au moins deux éléments rayonnants, un en réception Rx et un en transmission Tx ayant des directions de polarisation orientées à 90° l'une de l'autre. Sur la figure 5, trois éléments rayonnants sont représentés, deux en réception RxI et Rx2 et un en transmission Tx. On obtient ainsi un schéma de diversité d'ordre 2 en réception. L'onde émise par l'élément rayonnant Tx possède une polarisation perpendiculaire à l'onde reçue par les éléments rayonnants Rx. Ainsi, il est possible de réaliser une liaison sans fil entre de tels systèmes en tournant l'un des systèmes de 90° par rapport à l'autre. Cela permet d'utiliser le même système dans des objets de géométrie variée tout en respectant l'orientation des polarisations en réception et en émission. Sur la figure 5, les éléments rayonnants sont représentés en technologie guides d' ondes ouverts . Une telle structure peut être réalisée en tôle étamée emboutie, en moulage ou en surmoulage plastique avec des inserts métalliques réalisés en tôle pliée par exemple. Le moulage peut avantageusement être réalisé en même temps que les boîtiers d' écran et/ou de boîte de traitement de contenu vidéo. Ils peuvent cependant être réalisés à l'aide de diverses technologies comme la technologie imprimée (patch, dipôles, fentes rayonnantes...) , la technologie filaire... Plusieurs de ces technologies peuvent aussi être utilisées dans un même dispositif : par exemple, des guides d'onde rectangulaires en réception et un dipôle en transmission. Il est aussi possible d'utiliser des guides d'onde carrés au lieu de guides d'onde rectangulaires pour ajouter un schéma de diversité de polarisation.
Un système ainsi que représenté sur la figure 5 a été simulé à l'aide du logiciel HFSS de la société Ansoft, basé sur la méthode des éléments finis. Il comporte trois guides d'ondes ouverts rectangulaires identiques de dimensions a=18 mm, b=36 mm, h=40 mm disposés les uns à côté de autres. La distance entre chaque guide est de d=13 mm. L'encombrement total est alors de 98 mm x 36 mm x 40 mm. Cela est compatible avec nombre d'applications où des liaisons sans fil sont utiles.
Les diagrammes de rayonnement obtenus pour un fonctionnement à 5500 MHz sont présentés sur la figure 6. Ils sont conformes à ceux obtenus pour un guide d' ondes ouvert pris isolément, avec une légère déformation des diagrammes de rayonnement du guide RxI due à la présence du second guide Rx2 et réciproquement.
Ainsi que représenté sur la figure 7, il est possible de positionner un blindage 70 supplémentaire entre les guides d'onde de la figure 5 pour éviter les fuites électromagnétiques et obtenir une bonne compatibilité électromagnétique. Ce blindage 70 est constitué par une plaque sur laquelle sont placés les guides d' onde .
Sur la figure 8 est représenté un exemple d'utilisation d'un système 50 ainsi que représenté sur la figure 5. Dans l'écran 81, le dispositif 50 est placé verticalement alors qu' il est positionné horizontalement dans la boite de traitement de contenus vidéo 82.
Ainsi, l'invention permet d'utiliser un même modèle de systèmes d'antennes pour de multiples applications de géométries diverses sans modifier les dimensions des objets sur lesquels une liaison sans fil est implémentée. L'invention donne ainsi une grande polyvalence d'applications aux dispositifs rayonnants obtenus . La mise en œuvre de liaisons sans fil est donc facilitée. On remarque que les coûts de développement et de fabrication de telles liaisons sont faibles grâce à l'invention. De plus, des matériaux largement utilisés dans les produits grand public peuvent être utilisés dans les dispositifs rayonnants selon l'invention et cela réduit d'autant le coût de la solution. L'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites et l'homme du métier reconnaîtra l'existence de diverses variantes de réalisation comme par exemple l'utilisation de schéma de diversité des éléments rayonnants variés, diverses possibilités de design des parties rigides et flexibles, la seule contrainte consistant à trouver des dimensions du dispositif rayonnant compatibles avec les zones d' intégration de la solution, diverses applications comme l'affichage sur panneaux, par exemple dans les aéroports et les gares...

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d' antenne pour liaison sans fils fonctionnant en émission et en réception comportant au moins deux éléments rayonnants avec un premier élément rayonnant fonctionnant en réception (Rx) selon une première direction de polarisation et un second élément rayonnant fonctionnant en transmission (Tx) selon une seconde direction de polarisation, caractérisé en ce que les premier et second éléments rayonnants sont positionnés l'un à côté de l'autre pour qu'un premier système d'antenne fonctionne avec un second système d'antenne identique, orienté parallèlement ou à 90° par rapport au premier système d' antennes .
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments rayonnants sont réalisés sur un premier substrat rigide comportant une couche en matériau flexible se prolongeant au-delà de la partie recevant les éléments rayonnants, la couche en matériau flexible comportant à son autre extrémité un second substrat rigide.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche de matériau flexible (13) constitue une couche interne des substrats rigides .
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments rayonnants (11) présentent un rayonnement dans le plan du premier substrat rigide.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments rayonnants (11) sont réalisés en technologie circuit imprimé.
6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments rayonnants (11) ont une structure choisie parmi les types fente, Vivaldi, dipôle imprimé, Yagi imprimé .
7. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments rayonnants (11) présentent un rayonnement dans un plan perpendiculaire au plan du premier substrat rigide.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments rayonnants (11) sont réalisés selon une technologie choisie parmi les technologies circuit imprimé, diélectrique, céramique, métal 3D.
9. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque les première et seconde directions de polarisation sont perpendiculaires, le second système d'antennes est orienté à 90° par rapport au premier système d'antenne.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments rayonnants sont choisis parmi les guides d'ondes, les patch microruban, les dipôles, les fentes rayonnantes .
11. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte trois éléments rayonnants avec deux éléments rayonnants (RxI, RX2) fonctionnant en réception encadrant un élément rayonnant (Tx) fonctionnant en émission.
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