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FR2722626A1 - Antenne pour dispositif de communication - Google Patents

Antenne pour dispositif de communication Download PDF

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handset
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Abstract

Combiné en diversité utilisé dans un système personnel de communication comprenant un volet (104), une première antenne et une seconde antenne (110). La seconde antenne (110) est constituée de deux parties, la première partie étant une partie d'alimentation directe (202) imprimée sur un support (206) et la seconde partie constituant un élément de rayonnement parasite (116) situé dans le volet (104). Les première et seconde parties (202) et (116) de la seconde antenne (110) sont couplées par induction entre le volet (104) et le support (206). La diversité est maintenue avec le volet (104) en position ouverte ou fermée ainsi que lorsque le volet est enlevé du combiné.

Description

ANTENNE POUR DISPOSITIF DE COMMUNICATION
Cette invention concerne les antennes et, de façon plus spécifique, les antennes pour des dispositifs de communication. Les systèmes personnels de communication (PCS) utilisent des combinés sans fil qui sont souvent conçus aussi petits que possible de façon à rendre les dispositifs plus facilement portables. De façon conserver un combiné facilement portable, des caractéristiques comme des antennes rétractables son. incorporées dans le combiné de telle façon que le combiné n'occupe pas autant d'espace lors de l'insertion dans une poche ou dans un porte- documents. Dans des systèmes nécessitant une diversité d'antennes, une seconde antenne est incorporée dans lei5 combiné et présente alors la possibilité de conserver les performances du combiné à un niveau optimal tout en constituant une solution adaptée d'un point de vue ergonomique pour l'utilisateur. Dans des combinés présentant des volets, une solution possible à ce problème20 est l'incorporation de la seconde antenne dans le volet. Les antennes courantes à volet sont usuellement raccordées
à l'émetteur/récepteur du combiné à l'aide d'un câble coaxial ou d'un raccordement par circuit flexible (flex).
Cependant, l'utilisation de circuits flex et de câble5 coaxial peut souvent présenter des difficultés de montage dans une usine o le temps de montage et la fiabilité de fabrication sont de première importance. Des problèmes mécaniques peuvent survenir, de même, en ce qui concerne l'usure et les déchirures subies par les circuits flex et30 le câble coaxial lorsque le volet est ouvert et fermé de façon répétée. De plus, des antennes entièrement
incorporées dans le volet sont normalement désaccordées lorsque le volet est ferme car l'antenne se couple à un plan de potentiel de masse)GND) de l'émetteur/récepteur.
Alors, un combiné possédant une antenne entièrement incorporée dans le volet nécessite que le volet reste
ouvert de façon à ce que l'antenne fonctionne correctement.
De plus, pour des combinés qui sont conçus sans volet, un problème est soulevé concernant le placement de la seconde antenne lorsqu'une diversité est requise comme partie du
protocole de communication.
Ainsi, on recherche une antenne qui peut être incorporée dans un dispositif de communication assurant une interconnexion améliorée entre le volet et l'émetteur/récepteur de façon à réduire le temps et le coût de montage en usine. Cette antenne doit assurer, de plus, un fonctionnement dans une position de volet à la fois ouverte et fermée. De plus, un combiné ne possédant pas de
I5 volet et assurant une diversité serait avantageux pour l'utilisateur qui ne désire pas de volet.
La Figure 1 est un dessins d'un dispositif de communication selon la présente invention; la Figure 2 est un dessin illustrant le mode de mise n0 en oeuvre préféré de l'antenne selon la présente invention; la Figure 3 est un graphe comparant l'antenne telle que décrite par l'invention à un dipôle dans l'espace; la Figure 4 est un graphe comparant une antenne extensible standard à une antenne selon la présente invention; et la Figure 5 est un graphe illustrant les performances attendues du combiné selon le mode de mise en oeuvre
préféré de!'invention sur la base des données illustrées sur la Figure 4.
>0 La Figure i des dessins annexes illustre un équipement radio portable cu un combiné 100 selon le mode
de mise en oeuvre préféré de la présente invention.
L'invention à décrire s'applique, dans notre cas, à un combiné téléphonique sans fil de seconde génération (CT2) mais d'autres dispositifs de communication pourraient être aussi bien utilisés. Le combiné 100 comprend un boîtier 102
et un volet 104 couplé au boîtier via une articulation 106.
Le combiné 100 comprend, de même, des première et seconde antennes 108 et 110 respectives. La première antenne 108 est une antenne extensible standard constituée de deux sections principales, une section de rayonnement parasite qui est illustrée comme la section étendue 112 et une partie d'alimentation directe 114 située dans le boîtier 102 et raccordée à la section d'émetteur/récepteur d'une plaque de circuit imprimé (non illustrée) située dans le boîtier 102. En position étendue, les deux parties 112 et 114 sont couplées par induction et sont utilisées comme antenne extensible complète 108. Lorsque la section de rayonnement parasite 112 est rétractée, seule la section d'alimentation directe 114 est utilisée comme antenne extensible complète 108. En position rétractée, les performances sont quelques peu diminuées car seule la section d'alimentation directe 114 est utilisée pour recevoir ou émettre un signal de fréquence radio (R.F.). Une longueur d'un demi-pouce de matière plastique sur!5 chaque extrémité de la section de rayonnement parasite 112 permet aux deux parties de se coupler par induction dans la
position étendue et n'autorise que l'utilisation de la section d'alimentation directe 114 en position rétractée.
La seconde antenne 110 est incluse dans le combiné 100, antenne qui est divisée en deux parties. La première partie (illustrée plus loin) de la seconde antenne 110 est située dans le boîtier 102 tandis que la seconde partie est une partie de rayonnement parasite 116 situé dans le volet 104. La seconde antenne 110 sera décrite, de façon détaillée, sur la Figure 2 mais brièvement, selon la présente invention, un couplage par induction entre les
première et seconde parties crée la seconde antenne 110.
L'antenne extensible complète 108 et la seconde antenne 110
assurent la diversité du combiné 100.
Dans le mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, le volet 104 meut être déplacé entre des première et seconde positions parmi lesquelles la première position est de préférence une position ouverte et la seconde position est une position fermée. Le volet est de préférence en matière plastique et comprend un matériau conducteur, comme du cuivre, déposé selon une forme prédéterminée sur la surface de matière plastique, formant la partie de rayonnement parasite 116. Le matériau conducteur peut être incorporé, de même, dans la matière plastique. La seconde antenne 110, à décrire dans notre cas, confère au combiné la capacité de diversité avec le
volet ouvert, fermé ou même lorsque le volet est entièrement enlevé du combiné.
La Figure 2 des dessins annexés illustre le mode de 0 mise en oeuvre préféré de la seconde antenne 110 selon la présente invention. La seconde antenne 110 est divisée en deux parties résonnant à la fréquence en question, la partie d'alimentation directe 202 et la partie de rayonnement parasite 116. La seconde antenne 110 comprend, 2 de même, un support 206, de préférence la section d'émetteur/récepteur du combiné 100, qui comprend la partie d'alimentation directe 202. Le volet 104 qui est couplé au boîtier (comme illustré sur la figure 1) comprend la partie de rayonnement parasite 11. Dans le mode de mise en oeuvre30 préféré, la partie d'alimentation directe 202 est incorporée comme micro-ligne plate dans l'agencement du support de plaque de circuit imprimé 206 et la micro-ligne plate résonne à la fréquence en question. Le matériau de support est de préférence un matériau stratifié et de résine époxyde/laine de 'erre stratifié anti-feu (FR-4) mais d'autres supports pcb connus dans le domaine de l'art
peuvent être, de même, utilisés.
La partie de rayonnement parasite 116 peut être appliquée au volet 104 à l'aide d'un matériau conducteur comme une bande de cuivre ou une peinture conductrice, comme illustré sur les Figures 1 et 2. Tandis que le mode de mise en oeuvre préféré décrit le volet 104 comme étant fabriqué en matière plastique, d'autres matériaux comme le
matériau de support pcb, pourraient être utilisés de même.
En incorporant la partie de rayonnement parasite 116 au volet 104 et par son couplage inductif avec la partie d'alimentation directe 202 de la plaque de circuit imprimé 206, le besoin d'une interconnexion de câble coaxial ou de circuit flex entre l'émetteur/récepteur et le volet est
éliminé.
La configuration de la micro-ligne plate pour la partie d'alimentation directe 202 peut être conçue selon une forme quelconque résonnante à la fréquence en question. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, la partieo d'alimentation directe 202 est, de préférence, une alimentation en quart d'onde aux fréquences couvrant
l'intervalle de 864 à 866.Wpz tandis que la partie de rayonnement parasite 116 est, de préférence, un élément de rayonnement en demi- onde résonnant à la même fréquence en25 question.
Dans le mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, la partie d'alimentation directe 202 de la seconde antenne 110 est un élément de rayonnement en quart d'onde; cependant, d'autres longueurs selon des incréments30 de quart de longueur d'onde comme une demi-onde ou une pleine-onde, pourraient être, de même, utilisées. La partie de rayonnement parasite 116, tout en étant de préférence une demi-onde, pourrait être conçue, de même, sur d'autres longueurs d'onde par increments de demi-onde. Pour des performances optimales, la partie d'alimentation directe 202 et la partie de rayonnement parasite 116 sont conçues, de préférence, de telle façon, lorsque le volet 104 est déplacé sur la position fermée, les deux éléments ne se chevauchent pas. De façon à assurer la diversité, la seconde antenne , comme décrite par l'invention, peut être incorporée dans un combiné possédant déjà une antenne extensible complète 108, comme décrit sur la Figure 1. Comme certains utilisateurs préfèrent un combiné avec un volet, la caractéristique de diversité est incorporée sans que l'utilisateur ne doive effectuer d'autres étapes supplémentaires différentes de celles auxquelles il ou elle est déjà habitué. Lorsque le volet 104 est laissé ouvert, soit l'antenne extensible complète 108, soit la seconde antenne 110 peut recevoir et émettre le signal R.F. selon la direction du signal et la position du combiné. Lorsque le volet 104 est fermé, soit l'antenne extensible complète 108, soit la partie d'alimentation directe 202 de la :0 seconde antenne 110 constitue le moyen selon lequel on peut recevoir ou émettre le signal R.F.. Tandis qu'une performance optimale est obtenue avec le volet 104 en position ouverte, la partie d'alimentation directe 202 de la seconde antenne 110 assure encore la diversité pour le25 combiné 100 avec le volet fermé. Pour des clients désirant enlever le volet 104, seule la partie d'alimentation
directe 202 sera utilisée comme seconde antenne. Lorsque le volet 104 est fermé ou lorsque le volet est enlevé, la partie d'alimentation directe 202 sert d'antenne elle-même3 car elle n'a pas été déplacée de sa position d'origine.
En référence à présent à la Figure 3, un graphe est illustré représentant un exemple des données récupérées comparant les performances du combiné comprenant la seconde antenne 110, comme décrit selon l'invention, avec le volet35 ouvert et fermé, à un dipôle dans l'espace. Les données ont été prélevées dans une chambre sans écho et représentent les performances des antennes dans l'espace. Tous les niveaux de puissance sont mesurés en décibels pour 1 mW (dBm). Le dipôle est utilisé comme référence et tourne selon un rayon de 360 avec contrôle des niveaux de puissance émis. La ligne 302 représente le dipôle dans l'espace et présente une puissance moyenne de -39,1 dBm tandis que la ligne 304 représente l'antenne décrite selon l'invention avec le volet ouvert et présente un niveau de puissance moyenne de -40, 9 dBm (ou de 1,8 dB en dessous du dipôle de référence). La ligne 306 représente l'antenne décrite selon l'invention avec le volet fermé et présente une puissance moyenne de -42,1 dBm. Le delta global en niveau de puissance entre le volet fermé et le dipôle de référence est seulement de 3 dB, ce qui est considéré comme un niveau acceptable de dégradation. Comme le combiné 100
avec le volet 104 dans la position fermée utilise de façon basique seulement la partie d'alimentation directe 202 comme moyen de réception du signal R.F., on peut s'attendre'0 à des performances acceptables avec et sans volet.
En référence à présent à la Figure 4, on présente un graphe 400 illustrant un échantillon de données représentant les niveaux de puissance d'émission sur l'antenne extensible complète 108 et la seconde antenne 11025 tandis que le combiné 100 est tenu par un utilisateur. La ligne 402 représente un seuil acceptable en dBm au dessus duquel le niveau de puissance d'émission d'un signal R.F. doit être maintenu de façon à conserver une liaison de communication. L'antenne extensible complète 108 et la0 seconde antenne 110 ont été mesurées de façon séparée pour comparer leurs intensités respectives de signal. La ligne 404 représente le niveau de puissance en dBm émis par la première antenne qui est!'antenne extensible standard. La ligne 406 représente le niveau de puissance émis par la.5 seconde antenne 110, comme décrite selon l'invention, avec le volet en position ouverte. Le niveau moyen de puissance pour l'antenne extensible complète 108 dans la position étendue donne -49,8 dBm tandis que le niveau moyen de puissance pour la seconde antenne 110 avec le volet en position ouverte donne -51, 2 dBm. Les données du graphe 400 représentent l'utilisateur ayant tourné selon un rayon de 360 avec contrôle du niveau de puissance d'émission. Comme on peut le voir sur le graphe 400, l'antenne de volet (ligne 406) plonge en dessous du seuil en deux positions principales à 180 (point 408) et à 270 (point 410). Cette position minimum au point 408 correspond au dos de la tête de l'utilisateur faisant face à l'élément de rayonnement, le volet étant tourné vers l'avant, tandis que le minimum au point 410 correspond à une obstruction du volet par la main de l'utilisateur. L'antenne standard (ligne 404) plonge en dessous du seuil à 0 , 100 et 360 respectivement représentés par les désignations 412, 414 et 416. L'antenne extensible complète 108 et la seconde antenne 110 agissent20 de façon basique comme compléments mutuels. Alors, dans un combiné en diversité, tandis que le signal reçu ou émis
d'une antenne s'atténue, l'autre antenne peut alors être commutée pour maintenir la liaison de communication.
La Figure 5 est un graphe illustrant les niveaux de puissance d'émission attendus, sur la base du graphe de la Figure 4, du combiné en diversité 100 commutant entre l'antenne extensible complète 108 dans la position étendue et l'antenne comme décrite par l'invention 110 avec le volet 104 ouvert. La désignation 502 représente un passage30 de l'antenne extensible commplète 108 à la seconde antenne ; la désignation 504 représente un retour à l'antenne extensible complète 108 et la désignation 506 représente une commutation en retour sur la seconde antenne 110. En améliorant la capacité d'émission et de réception du signal de puissance R.F., la gamme sur laquelle peut fonctionner
le combiné est agrandie.
Des performances améliorées d'antenne dans un dispositif de communication peuvent être obtenues en incorporant la seconde antenne 110, comme décrite selon l'invention, en conjonction avec l'antenne extensible complète 108. Par couplage inductif de la partie de rayonnement parasite avec la partie d'alimentation directe, le besoin d'un câble coaxial ou d'une autre ligne de10 transmission traversant l'articulation est éliminé. Cela simplifie le montage du combiné et augmente la fiabilité de l'antenne lorsque le volet est ouvert et fermé de façon répétée dans le temps. Le combiné continue à assurer une diversité que le volet soit ouvert ou fermé car les15 performances de la partie d'alimentation directe restent pratiquement les mêmes indépendamment de la position du
volet. De plus, l'utilisateur peut enlever le volet et peut continuer à utiliser le combiné à l'aide de l'antenne extensible complète 108 comme première antenne et la partie'0 d'alimentation directe comme seconde antenne.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de communication (100) comprenant un boîtier (102), un émetteur/récepteur situé dans le boîtier (102), un volet (104) mobile entre une première position et une seconde position, et une articulation couplant le volet au boîtier (102), dispositif de communication (100) caractérisé par un élément de rayonnement d'alimentation directe (202) situé dans le boîtier (102) et un élément de rayonnement parasite (116) situé dans le volet (104) qui est couplé, de façon inductive, à l'élément de rayonnement d'alimentation
directe (202).
2. Dispositif de communication (100) selon la revendication l, caractérisé, de plus, par une antenne extensible (108) couplée au boîtier (102), l'élément de rayonnement d'alimentation directe (202) et l'antenne
extensible (108) conférant la diversité d'antenne au dispositif de communication (100).
3. Dispositif de communication (100) selon la 0 revendication 2, caractérisé, de plus, en ce que l'émetteur/récepteur comprend un support (206) et en ce que
l'élément de rayonnement d'alimentation directe (202) est situé sur le support (206).
4. Dispositif de communication (100) selon la revendication 3, caractérisé, de plus, en ce que l'élément de rayonnement d'alimentation directe (202) prend une première position d'antenne lorsque le volet (104) est dans la première position et l'élément de rayonnement d'alimentation directe (202) est couplé par induction à 0 l'élément de rayonnement parasite (116) pour constituer une seconde position d'antenne lorsque le volet (104) est dans
la seconde position.
! 1
5. Dispositif de communication (100) selon la revendication 4, caractérisé, de plus, en ce que l'élément de rayonnement d'alimentation directe (202) comprend un élément de rayonnement d'alimentation directe pratiquement en quart d'onde et l'élément de rayonnement parasite (116) comprend un élément de rayonnement parasite résonnant
pratiquement en demi-onde.
6. Dispositif de communication (100) selon la revendication 5, caractérisé, de plus, en ce que l'élément de rayonnement parasite (116) est imprimé sur le volet
(104).
7. Dispositif de communication (100) selon la revendication 6, caractérisé, de plus, en ce que l'élément
de rayonnement d'alimentation directe (202) comprend une15 micro-ligne plate imprimée sur le support (206).
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