FR3043498A1 - - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un système d'antenne comprenant un substrat comportant un élément rayonnant d'antenne (100) et un conducteur de masse (200) disposé sur le substrat, le conducteur de masse étant en outre caractérisé par une pluralité de résonateurs de masse (210,220,230), dans lequel une longueur associée à chacun des résonateurs de masse croît à mesure que les résonateurs de masse s'éloignent de l'élément rayonnant d'antenne. Un câble coaxial (500) est en outre acheminé autour du système d'antenne pour configurer le câble coaxial en tant que résonateur de masse supplémentaire associé au système d'antenne. L'antenne qui en résulte fournit des performances à large bande entre 700 MHz et 2700 MHz avec un rendement amélioré par comparaison à des antennes classiques.

Description

ANTENNE POLYMERE FLEXIBLE COMPORTANT DE MULTIPLES RÉSONATEURS DE MASSE
Domaine technique [1] La présente invention concerne des antennes destinées aux communications sans fil ; et plus particulièrement, une antenne fabriquée sur un substrat polymère flexible, l'antenne comportant : un élément rayonnant et un conducteur de masse formant une pluralité de résonateurs de masse destinés à assurer des performances élevées dans une grande largeur de bande.
Art antérieur [2] Il existe un besoin permanent d'antennes améliorées, en particulier d'antennes flexibles, ayant un configuration flexible, destinées à être placées sur des surfaces incurvées de divers produits, et qui soient capables de s'accorder sur de larges bandes (par exemple : la gamme de 700 MHz-2700 MHz.) . RÉSUMÉ
Problème technique [3] Il existe un besoin d'une antenne capable de présenter de multiples fréquences de résonance dans une large bande, par exemple entre 700 MHz et 2700 MHz, en particulier une antenne de ce type qui soit capable d'être déformée autour d'une surface incurvée d'un dispositif. Résolution du problème [4] Après de nombreux essais et expériences, l'architecture d'antenne décrite ici a été découverte, celle-ci assurant une signalisation efficace à de multiples fréquences de résonance dans une très large bande, entre 700 MHz et 2700 MHz. Les performances de l'antenne décrite dépassent celles d'antennes classiques et sont en outre adaptées à un substrat flexible et sont configurées pour se déformer autour d'une surface de dispositif incurvée en vue d'une intégration avec une pluralité de dispositifs hôtes.
Effets avantageux [5] Outre les performances à large bande, le substrat polymère flexible offre la possibilité de déformer l'antenne autour d'une surface incurvée d'un dispositif. Lorsqu'elle est incurvée, l'antenne continue de présenter des performances efficaces dans une large bande.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
[6] La figure 1 représente un système d'antenne comportant de multiples résonateurs de masse, le système d'antenne comprenant un élément rayonnant positionné sur un substrat, et un conducteur de masse positionné sur le substrat de façon adjacente à l'élément rayonnant d'antenne, et le conducteur de masse comprenant de multiples parties résonantes.
[7] La figure 2 représente une coupe transversale du système d'antenne (non représenté à l'échelle).
[8] La figure 3 représente en outre le conducteur de masse et de multiples a parties résonantes associées à celui-ci.
[9] La figure 4 représente un tracé de la perte en retour générée par le système d'antenne des figures 1-3.
[10] La figure 5 représente un tracé du rendement du système d'antenne des figures 1-3.
[11] La figure 6 représente un tracé du gain crête associé au système d'antenne des figures 1-3.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION
[12] Dans divers modes de réalisation, on décrit une antenne qui comprend : un substrat, un élément rayonnant d'antenne disposé sur le substrat, et un conducteur de masse, le conducteur de masse comprenant : une plaque de masse, un premier résonateur de masse, un deuxième résonateur de masse, et un troisième résonateur de masse ; dans lequel le conducteur de masse entoure l'élément rayonnant d'antenne sur ses deux côtés et permet d'obtenir de multiples fréquences de résonance formant une réponse à large bande.
[13] L'élément rayonnant d'antenne du système d'antenne (celui qui est alimenté par l’élément central du câble coaxial) est connu pour fonctionner de façon satisfaisante dans d'autres concepts, sous réserve que le plan de masse soit suffisamment grand. Une motivation du présent concept d'antenne est d'améliorer le conducteur de masse du système d'antenne afin qu'il fonctionne avec un substrat flexible et d'obtenir un rendement suffisant sous la forme la plus petite possible. Par ailleurs, le conducteur de masse est configuré pour permettre au blindage du câble et à sa connexion d'extrémité d'agir en tant que prolongement du plan de masse.
[14] Les applications cellulaires modernes, parmi lesquelles la 3G et la 4G, exigent souvent la combinaison d'un rendement élevé et d'une petite taille dans un ensemble important de bandes se situant dans la gamme de 700-2700 MHz. Le système d'antenne flexible polymère alimenté par câble est une forme de réalisation couramment utilisée d'antennes destinées à ce marché. Il est souvent difficile d'intégrer de telles antennes à des dispositifs compacts sans dégradation de la perte en retour (et par conséquent du rendement) du fait de la proximité d'objets métalliques situés à faible distance ou d'un cheminement inadapté du câble.
[15] La présente invention présente une nouvelle architecture d'antenne ayant un rendement acceptable sous une forme très petite au moyen d'un élément rayonnant d'antenne connu et d'un conducteur de masse enveloppant unique à sections multiples qui est virtuellement prolongé par le câble d'alimentation, La structure a été conçue pour concentrer le rendement dans les bandes de fréquences se situant aux endroits où cela est nécessaire aux dépens des fréquences pour lesquelles ce rendement n'est pas nécessaire.
[16] Il est difficile de concevoir une antenne ayant une petite taille qui fonctionne de façon efficace dans toutes les bandes cellulaires modernes utilisées.
[17] Sur des quasi-dipôles types alimentés par câble, la masse est souvent trop petite pour un fonctionnement stable et le blindage du câble est utilisé pour fournir un conducteur de masse. Ce type de masse du câble n'est pas idéal, car il ne permet pas de mettre en œuvre un élément résonant.
[18] Pour une antenne de petite taille, afin d'obtenir des rendements élevés à de faibles fréquences dans la large gamme de 700 MHz - 960 MHz, il a été découvert que l'utilisation de multiples résonateurs de masse à enveloppements, dont la taille augmente progressivement vers l'extérieur, fonctionnait de manière satisfaisante. De plus, grâce aux multiples résonateurs de masse, le blindage du câble peut jouer le rôle de dernière structure de résonateur pour la plus basse fréquence exigée.
[19] Il est connu par expérience que le fait de recouvrir l'élément rayonnant d'antenne d'un ruban de cuivre conduit à des performances en bandes basses qui ne sont pas aussi satisfaisantes mais qui restent marginales, et à de mauvaises performances en bandes hautes. Il est également connu qu'en recouvrant le conducteur de masse d'un ruban de cuivre, les performances en bandes basses sont inexistantes et les performances en bandes hautes ne sont pas aussi satisfaisantes mais marginales. Par conséquent, il est nécessaire de mettre en place la formation de motifs proposée sur le conducteur de masse, et non pas d'une simple feuille conductrice ayant la même taille.
[20] Un dipôle simple exigerait une longueur d'environ 210 mm pour fonctionner à 700 MHz.
[21] Avec l'architecture d'antenne décrite, nous mesurons des rendements élevés jusqu'à 650 MHz à l'intérieur d'un espace de 58 mm x 67 mm. Par conséquent, il est possible d'obtenir de meilleurs rendements avec une taille beaucoup plus petite.
[22] Par ailleurs, en formant le système d'antenne sur un substrat flexible, on peut adapter la forme du système d'antenne à une surface quelconque, de façon à pouvoir monter l'antenne, ou il est possible de couder l'antenne une ou plusieurs fois.
[23] L'antenne comporte deux sous-sections principales : l'élément rayonnant d'antenne et le conducteur de masse. Le conducteur de masse est nouveau en ce sens qu'il se compose de multiples sous-éléments, dont chacun croît progressivement lorsqu'on s'éloigne de l'élément rayonnant d'antenne, de telle sorte que le dernier élément constitue en fait le blindage du câble et sa connexion, c'est-à-dire de manière générale, la masse d'une PCB (carte de circuit imprimé) . Cela conduit à une façon connue et appropriée d'acheminer le câble.
[24] Selon un aspect, l'antenne combine l'élément rayonnant d'antenne avec un nouveau type de conducteur de masse composé de multiples sous-éléments (ici, trois) qui s'enveloppent autour du système d'antenne et s'agrandissent progressivement à mesure que les sous-éléments (résonateurs) se rapprochent de la périphérie extérieure du système d'antenne. Le blindage du câble joue le rôle d'élément final du fait du cheminement.
[25] Selon un autre aspect, il est proposé d'utiliser un mini-câble coaxial en tant que technique d'alimentation de 1'antenne.
[26] Selon encore un autre aspect, il est proposé de fabriquer la structure d'antenne sur un substrat flexible, tel qu’un substrat de polyimide (Kapton ®) , qui offre l'avantage de permettre la fixation de l'antenne à une surface incurvée quelconque, ou de couder 1'antenne de multiples fois.
Exemple 1 [27] S'intéressant à présent aux dessins qui illustrent un exemple, la figure 1 représente un système d'antenne comportant de multiples résonateurs de masse, le système d'antenne comprenant un élément rayonnant (100) positionné sur un substrat (550), et un conducteur de masse (200) positionné sur le substrat de façon adjacente à l'élément rayonnant d'antenne, le conducteur de masse comprenant de multiples parties résonantes (210 ; 220 ; 230). Un câble coaxial (500), tel qu'un micro-câble coaxial, comprend l'élément central qui est soudé à une alimentation (402) de l'élément rayonnant d'antenne (100). L'élément central du câble coaxial est généralement séparé d'un élément de masse par un isolant disposé entre ceux-ci. L'élément de masse (401) du câble coaxial est soudé au conducteur de masse (200), comme illustré. Le câble coaxial (500) est ensuite acheminé de la façon classique ; c'est-à-dire autour d'une périphérie du système d'antenne. De plus, le câble comprend généralement un connecteur (501) permettant une connexion à un circuit radio.
[28] Comme cela ressort de la figure 1, le système d'antenne comprend un élément rayonnant (100) et un conducteur de masse (200) ; dans lequel le conducteur de masse est configuré pour entourer 11 élément rayonnant d'antenne sur deux côtés de celui-ci. De plus, le conducteur de masse comprend une pluralité de sous-éléments (également appelés "résonateurs"), la longueur de chaque résonateur croissant à mesure que la distance du résonateur à 1'élément rayonnant croît. Le câble acheminé est configuré pour agir en tant que résonateur supplémentaire, et présente une longueur supérieure à celle de chacun des autres résonateurs du conducteur de masse.
[29] La figure 2 représente une coupe transversale du système d'antenne (non représenté à l'échelle). Le système d'antenne comprend un substrat polymère flexible (604), tel qu'un substrat de polyimide ou qu'un substrat quelconque ayant un corps flexible ou pouvant être coudé. Une couche de masque de soudure (603) est appliquée à une face inférieure du substrat polymère flexible. Une couche adhésive (602) est appliquée à une face inférieure de la couche de masque de soudure, conformément à l'illustration. Une garniture (601) est appliquée à la couche adhésive, comme illustré, pour former la surface inférieure du système d'antenne. Par ailleurs, une couche de cuivre (605), conformément au concept représenté sur la figure 1, est disposée sur une surface supérieure du substrat polymère flexible (604), comme illustré. Des plots conducteurs (607a ; 607b) et un masque de soudure (606a ; 606b) sont chacun appliqués sur la couche de cuivre (605) , pour ainsi former une surface supérieure du système d'antenne. Bien que l'exemple illustré permette à l'homme du métier de mettre en œuvre et d'exploiter l'invention, celui-ci notera que certaines variantes peuvent être mises en œuvre sans s'écarter du cadre de l'invention.
[30] La figure 3 représente en outre le conducteur de masse et de multiples résonateurs associés à celui-ci. Dans le cas présent, le conducteur de masse comprend une plaque de masse (201) positionnée de façon adjacente à l'élément rayonnant d'antenne (100).
[31] En descendant le long d'un premier bord du système d'antenne tel qu'il est illustré, un premier résonateur de masse (210) s'étend horizontalement depuis le bord, le long d'une première partie de corps (211) , et est coudé à angle droit vers une première partie de borne (212).
[32] Un deuxième résonateur de masse (220) s'étend depuis le premier bord du système d’antenne tel qu'il est illustré, le deuxième résonateur de masse comportant une deuxième partie de corps horizontale (221), une deuxième partie de corps verticale (222), et une deuxième partie de borne (223). Le deuxième résonateur de masse présente une longueur supérieure à celle du premier résonateur de masse.
Le deuxième résonateur de masse est également positionné le long du conducteur de masse à une distance qui est supérieure à celle du premier résonateur de masse. La deuxième partie de corps verticale (222) du deuxième résonateur de masse (220) est alignée parallèlement à la partie de borne (212) du premier résonateur de masse, un premier interstice s'étendant entre celles-ci.
[33] Un troisième résonateur de masse (230) s'étend depuis le conducteur de masse (200) en formant une troisième partie de corps horizontale (231) qui est orientée parallèlement à la deuxième partie de corps horizontale (221) du deuxième conducteur de masse, et une troisième partie de corps verticale (232) s'étendant perpendiculairement à la troisième partie de corps horizontale (231). Le troisième résonateur de masse présente une longueur qui est supérieure à celle de chacun des premier et deuxième résonateurs de masse, respectivement. De plus, le troisième conducteur de masse est positionné à une distance de l'élément rayonnant (100) qui est supérieure à celle des premier et deuxième résonateurs de masse, respectivement. Un deuxième interstice est formé entre le deuxième résonateur de masse et le troisième résonateur de masse. Le conducteur de masse (200) comporte en outre une partie de sectionnement (241) s'étendant entre le premier bord et le troisième résonateur de masse en formant un angle inférieur à quatre-vingt-dix degrés.
[34] Se référant de nouveau à la figure 1, le câble (500) possède une longueur supérieure à celle de chacun des premier à troisième résonateurs de masse, et est positionné de façon plus éloignée de l'élément rayonnant (100) par comparaison à chacun des premier à troisième résonateurs de masse.
[35] Tels qu'ils sont utilisés ici, les termes "horizontal", "vertical", "parallèle" et/ou "perpendiculaire", ou des variantes de ces termes telles que "horizontalement", etc,, sont chacun utilisés en référence à l'orientation spécifique, comme illustré dans les illustrations correspondantes.
[36] La figure 4 représente un tracé de la perte en retour générée par le système d'antenne des figures 1-3. L'antenne présente des résonances entre 700 MHz et 2700 MHz, comme illustré.
[37] La figure 5 représente un tracé du rendement du système d'antenne des figures 1-3.
[38] La figure 6 représente un tracé de gain crête associé au système d’antenne des figures 1-3.
Applications industrielles [39] Le présent système d'antenne décrit ici fournit un rendement et des performances utiles dans la large bande comprise entre 7 00 MHz et 2700 MHz, qui peut être utilisée dans les communications cellulaires, entre autres réseaux de communications.
Liste de références numériques (100) élément d'antenne rayonnant (200) conducteur de masse (201) plaque de masse (210) premier résonateur de masse (sous-élément) (211) première partie de corps (212) première partie de borne (220) deuxième résonateur de masse (sous-élément) (221) deuxième partie de corps horizontale (222) deuxième partie de corps verticale (223) deuxième partie de borne (230) troisième résonateur de masse (sous-élément) (231) troisième partie de corps horizontale (232) troisième partie de corps verticale (241) partie de sectionnement (401) élément de masse (402) alimentation (500) câble coaxial (501) connecteur (550) substrat (601) garniture (602) couche adhésive (603) couche de masque de soudure (604) substrat polymère flexible (605) couche de cuivre (606a ; 606b) masque de soudure (607a ; 607b) plots conducteurs

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système d'antenne, comprenant : un élément d'antenne rayonnant (100) ; et un conducteur de masse (200) ; l'élément rayonnant d'antenne étant positionné de façon adjacente au conducteur de masse ; caractérisé en ce que le conducteur de masse comprend : une pluralité de sous-éléments (210,220,230), chaque sous-élément étant configuré pour produire une résonance distincte.
  2. 2. Système d'antenne selon la revendication 1, dans lequel l'élément rayonnant d'antenne et la pluralité de sous-éléments sont chacun disposés sur un substrat flexible.
  3. 3. Système d'antenne selon la revendication 2, dans lequel la pluralité de sous-éléments comprend : un premier résonateur de masse (210), un deuxième résonateur de masse (220), et un troisième résonateur de masse (230) .
  4. 4. Système d'antenne selon la revendication 3, dans lequel le premier résonateur de masse présente une première longueur associée à celui-ci.
  5. 5. Système d'antenne selon la revendication 4, dans lequel le deuxième résonateur de masse présente une deuxième longueur associée à celui-ci, et dans lequel la deuxième longueur est supérieure à la première longueur.
  6. 6. Système d'antenne selon la revendication 5, dans lequel le troisième résonateur de masse présente une troisième longueur associée à celui-ci, et dans lequel la troisième longueur est supérieure à chacune des première et deuxième longueurs.
  7. 7. Système d'antenne selon 1'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un câble coaxial (500) couplé à une alimentation de l'élément rayonnant d'antenne et en outre couplé au conducteur de masse ; le câble coaxial étant positionné autour d'une périphérie du système d'antenne.
  8. 8. Système d'antenne selon la revendication 7, dans lequel le câble coaxial est configuré pour fonctionner en tant que quatrième résonateur de masse.
  9. 9. Système d'antenne selon la revendication 2, dans lequel l'élément rayonnant d'antenne est positionné à un angle du substrat flexible.
  10. 10. Système d'antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conducteur de masse est configuré pour entourer deux côtés de l'élément rayonnant d'antenne.
  11. 11. Système d'antenne selon la revendication 2, dans lequel le conducteur de masse s'étend le long d'un premier bord du substrat flexible.
  12. 12. Système d'antenne selon la revendication 11, dans lequel chacun des premier à troisième résonateurs de masse s'étend depuis le premier bord du substrat flexible.
  13. 13. Système d'antenne selon la revendication 12, dans lequel le premier résonateur de masse comprend une première partie de corps (211) s'étendant perpendiculairement au premier bord, et une première partie de borne (212) s'étendant perpendiculairement à la première partie de corps.
  14. 14. Système d'antenne selon la revendication 13, dans lequel le deuxième résonateur de masse comprend une deuxième partie de corps horizontale (221) s'étendant perpendiculairement au premier bord, une deuxième partie de corps verticale (222) s'étendant perpendiculairement à la deuxième partie de corps horizontale, et une deuxième partie de borne (223) s'étendant perpendiculairement à la deuxième partie de corps verticale.
  15. 15. Système d'antenne selon la revendication 14, dans lequel le troisième résonateur de masse comprend une partie de sectionnement (241) s'étendant depuis le premier bord, une troisième partie de corps horizontale (231) s'étendant depuis la partie de sectionnement, et une troisième partie de corps verticale (232) s'étendant perpendiculairement à la troisième partie de corps horizontale.
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