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ANTENNE A EFFICACITE DE LIAISON AMELIOREE
La présente invention concerne le domaine des antennes, et plus
précisément des antennes pour émetteurs récepteurs du genre des téléphones
portables.
Les téléphones portables, destinés à servir de terminal pour des
réseaux mobiles, ou destinés à communiquer avec une borne fixe
comprennent une antenne, fixée sur le boîtier du téléphone, et qui permet la
transmission des messages radio vers ou depuis le téléphone portable.
L'utilisation classique se fait avec le téléphone portable à proximité de la
bouche et de l'oreille. La présence de la tête de l'utilisateur intercepte une
partie du rayonnement qui pourrait être utile pour la qualité de la liaison
radio; en outre, le boîtier du téléphone, de même que l'antenne, sont
parcourus par des courants, et la proximité du boîtier avec la tête fait que
ces
courants sont absorbés ou induisent dans leur environnement un rayonnement
qui est perdu pour la liaison radio. Les solutions antérieures proposées
concernent le plus souvent l'antenne, mais ne s'intéressent pas aux courants
qui circulent sur le boîtier, et qui peuvent représenter la majorité de
l'énergie
perdue inutilement.
La partie de rayonnement électromagnétique absorbée par l'utilisateur
est perdue pour la finalité du radiotéléphone, qui est d'assurer une
transmission radio efficace. Ce rayonnement perdu pour la communication est
dissipé sous forme thermique.
EP-A-0 588 365. décrit un téléphone portable dans lequel le
diagramme d'antenne est essentiellement du côté opposé à la tête de
l'utilisateur. Dans ce document, il est proposé de disposer l'antenne dans une
position sur le boîtier aussi éloignée que possible de la tête de
l'utilisateur, et
en choisissant l'orientation de l'antenne de sorte à limiter le rayonnement
dans
la tête de l'utilisateur. Le boîtier peut alors servir d'écran
électromagnétique. II
est aussi proposé de monter l'antenne sur un jambage télescopique qui ne
radie pas, et qui est monté sur le boîtier par une articulation. Le jambage
peut
contenir un câble coaxial, ou peut lui même former un câble coaxial.
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DE-A-195 02 652 propose de disposer l'antenne d'un téléphone
portable à une extrémité d'un support télescopique qui ne radie pas. II est
aussi proposé de disposer l'antenne à une extrémité d'un support qui ne radie
pas, et qui est monté pivotant sur le côté du boîtier à l'extrémité supérieure
de
celui-ci. Au repos, le support est parallèle au côté du boîtier et le long de
celui-ci, et l'antenne se trouve voisine de l'extrémité inférieure du côté du
boîtier. En position d'utilisation, l'utilisateur fait pivoter le support de
sorte qu'il
se trouve sensiblement dans le prolongement du boîtier.
WO-A-94 21053 propose, dans un téléphone portable, de disposer
l'antenne vers le bas. Pour cela, dans un mode de réalisation, il est proposé
d'utiliser une antenne télescopique qui est dirigée vers le bas, et dont
l'extrémité dépasse du boîtier au voisinage du micro, dans la partie
inférieure
de celui-ci. Dans un autre mode de réalisation, l'invention propose une
fixation pour adapter la même solution aux boîtiers existants, qui présentent
une antenne disposée sur le haut du boîtier. Pour cela, il est proposé
d'utiliser
un renvoi d'antenne, qui est reliée à la base de l'antenne sur le haut du
boîtier, et qui s'étend le long du côté ou du dos du boîtier. Le renvoi est
blindé
et contient une antenne télescopique dépliable, qui s'étend vers le bas en
position d'utilisation.
JP-A-7022832 propose de prévoir sur une antenne du type F inverse
("reverse F type antenna" en langue anglaise) une antenne microbande quart
d'onde, qui présente une fréquence de résonance légèrement différente de
celle de l'antenne principale, de sorte à permettre un fonctionnement de
l'ensemble sur une bande plus importante, et à limiter les chutes de gain.
Ces différentes solutions de l'art antérieur ne prennent en compte que
le rayonnement électromagnétique de l'antenne, et la distance entre la partie
rayonnante de l'antenne et la tête de l'utilisateur. Elles ne tiennent pas
compte
des courants qui peuvent exister sur le boîtier lorsqu'il est utilisé, et qui
induisent une mauvaise liaison. Les inventeurs ont constaté que dans les
solutions proposées, l'efficacité ou le rendement de l'antenne augmente du
fait
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de la diminution de l'affaiblissement provoqué par la tête de l'utilisateur.
Cette
augmentation provoque une augmentation corrélative des courants ou des
tensions sur le boîtier. Le rayonnement vers la tête de l'utilisateur augmente
en
conséquence, notamment lorsque la main de l'utilisateur n'affaiblit pas
suffisamment les courants sur le boîtier. Ceci nuit encore à l'efficacité de
la
liaison.
L'invention propose une solution à ce problème nouveau de la
radiation indirecte vers la tête de l'utilisateur, par l'intermédiaire du
boîtier, Elle
permet de prendre en compte la radiation induite indirectement par les
courants sur le boïtiers, et non pas seulement celle induite directement par
la
partie rayonnante de l'antenne. Elle permet ainsi d'améliorer l'efficacité de
la
liaison.
Plus précisément, l'invention propose un émetteur récepteur,
comprenant un boîtier, un support d'antenne monté sur le boîtier par une
extrémité, et une antenne montée sur l'autre extrémité du support d'antenne,
le
support d'antenne présentant une longueur sensiblement égale au quart de la
longueur des ondes émises par l'antenne.
Dans un mode de réalisation, cette longueur est la longueur physique
du support.
Dans un autre mode de réalisation, le support est muni de réactances,
et cette longueur du support correspond du point de vue électrique au quart
de la longueur des ondes émises par l'antenne.
Avantageusement, le support est muni de réactances localisées, et la
longueur du support correspond du point de vue électrique au quart de la
longueur des ondes émises par l'antenne dans au moins deux bandes de
fréquences.
De préférence, le boîtier est un boîtier métallique ou blindé.
Dans un mode de réalisation, le support d'antenne est disposé
parallèle à un côté du boîtier.
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Dans un autre mode de réalisation, le boîtier présente un haut
parleur, et le support est disposé le long du côté du boîtier opposé au haut
pa rieur.
De préférence, le support est formé d'un câble coaxial.
Avantageusement, l'émetteur récepteur comprend en outre un boîtier
externe enveloppant le boîtier et le support d'antenne.
Enfin, l'émetteur récepteur constitue de préférence un téléphone pour
réseau mobile.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la
lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention,
donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, qui montrent
- figure 1, une représentation schématique d'un émetteur récepteur
selon l'invention,
- figure 2, une représentation schématique d'un émetteur récepteur
selon l'invention, avec un boîtier externe;
- figures 3 à 6, des vues schématiques en coupe transversale de divers
modes de réalisation de l'invention.
Dans la suite de la description, l'invention est décrite dans son
application préférée aux téléphones portables pour réseaux mobiles. Elle
s'applique plus généralement à d'autres types d'émetteurs récepteurs.
L'invention propose, pour limiter les courants transmis par le boîtier,
que l'antenne soit disposée sur un support monté sur le boîtier, et dont la
longueur est voisine d'un quart de longueur d'onde. Le support quart d'onde
agit comme piège quart d'onde, et limite les courants sur le boîtier.
La figure 1 montre une représentation schématique d'un émetteur
récepteur selon l'invention, dans l'exemple un émetteur récepteur pour un
réseau mobile public - autrement dit un téléphone portable. Dans l'exemple
de la figure 1, le téléphone comprend un boîtier 1, contenant les circuits de
téléphonie, un haut parleur et un microphone, un clavier, un afficheur, et un
dispositif de réception d'un module d'identification d'abonné, par exemple
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sous la forme d'une carte à circuit intégré type carte SIM ou carte micro-SIM.
En d'autres termes, le boîtier comprend les éléments fonctionnels classiques
d'un téléphone portable, à l'exception de l'antenne. Le boîtier est
avantageusement métallique ou blindé, de sorte à limiter le rayonnement
5 électromagnétique provoqué par les circuits contenus dans le boîtier.
Sur le boîtier est monté un support d'antenne 2. Dans le mode de
réalisation de la figure, le support d'antenne est fixé sur le côté 3 du
boîtier,
opposé au haut parleur 4. Le support s'étend le long du boîtier et présente
une longueur correspondant sensiblement à un quart de la longueur d'onde
utilisée pour les transmissions radio. Dans le cas du système correspondant à
la norme GSM, les fréquences sont de l'ordre de 900 MHz, ce qui correspond
à une longueur d'onde de 30 cm, et le support présente une longueur
d'environ 7,5 cm. Dans le cas du système répondant à la norme DCS, les
fréquences sont typiquement de l'ordre de 1800 MHz, ce qui correspond à
une longueur d'onde de 15 cm, et le support présente une longueur d'environ
3,75 cm.
Pour un fonctionnement dans les deux systèmes, soit deux bandes de
fréquence à couvrir, on peut aisément assurer la fonction en ajoutant par
exemple des réactances localisées ou semi-localisées; celles-ci permettent
d'assurer électriquement cette fonction de support quart d'onde pour les deux
bandes de fréquence. On peut ainsi, par l'ajout de réactances localisées,
assurer le fonctionnement de l'invention dans plusieurs bandes de fréquence.
De la sorte, la longueur du support peut physiquement correspondre
à un quart de longueur d'onde. II est aussi possible que la longueur du
support corresponde sur le plan électrique à un quart de longueur d'onde, du
fait de la présence des réactances. Dans un cas comme dans l'autre, la
fonction de piège quart d'onde est assurée.
Le support peut par exemple être constitué d'une section de câble
coaxial, l'enveloppe extérieure du câble étant avantageusement
électriquement reliée au boîtier métallique.
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A l'extrémité du support 2 quart d'onde est montée une antenne 6.
Celle-ci est reliée au boîtier par l'intermédiaire du câble coaxial qui forme
le
support d'antenne.
On pourrait aussi prévoir que le support d'antenne comprend une
enveloppe rigide, dans laquelle est disposé un câble coaxial ou d'un autre
type, reliant l'antenne aux circuits contenus dans le boîtier.
Le fonctionnement de l'émetteur récepteur de la figure 1 est le suivant.
En utilisation, le téléphone est tenu avec le haut parleur au voisinage de
l'oreille. Dans cette position, l'antenne est aussi loin que possible de la
tête de
l'utilisateur, de sorte à limiter le rayonnement électromagnétique direct de
la
partie rayonnante 6 de l'antenne vers la tête de l'utilisateur. En effet. le
rayonnement est limité du fait de la distance et aussi de l'angle solide
restreint
que représente alors la tête de l'utilisateur par rapport à l'antenne.
En outre, du fait du support quart d'onde, les courants induits sur le
boîtier par l'antenne sont quasiment nuls. De fait, le support présentant une
longueur d'un quart de longueur d'onde agit comme trappe quart d'onde. Le
rayonnement indirect induit par l'antenne dans la tête de l'utilisateur, par
l'intermédiaire du boîtier, est donc aussi réduit. L'invention permet ainsi de
limiter la proportion de rayonnement électromagnétique due au boîtier, et qui
serait perdue dans la tête de l'utilisateur.
Si la main de l'utilisateur recouvre à la fois le support d'antenne et le
boîtier - ce qui est généralement le cas - elle provoque une modification de
l'impédance du piège quart d'onde. Selon la manière dont la main est
positionnée, elle amortit plus ou moins l'effet de piège des courants, mais
les
courants qui ne sont plus absorbés sont absorbés du fait de la présence de la
main, et ne vont pas produire de rayonnement vers la tête. Cette absorption
des courants par la main induit une perte d'efficacité partielle, mais cette
contribution de la main n'est pas plus importante que dans le cas des
antennes classiques qui ne mettraient pas en oeuvre l'invention, et notamment
des antennes de type quart d'onde.
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La figure 2 montre une représentation schématique d'un émetteur
récepteur de l'invention, avec un boîtier externe isolant 7. Dans le mode de
réalisation de la figure 2, le téléphone est identique à celui de la figure 1,
à
ceci près. qu'il comprend un boîtier externe isolant, qui enveloppe le boîtier
métallique de (a figure 1, le support quart d'onde et le cas échéant
l'antenne.
Ce boîtier externe est typiquement un boîtier en plastique, qui assure
l'intégrité
mécanique du boîtier interne, du support quart d'onde et de l'antenne.
Les figures 3 à 6 montrent des vues schématiques en coupe de divers
modes de réalisation de l'invention, dans un plan médian de l'émetteur
récepteur, perpendiculairement au plan du support.
La figure 3 montre le cas d'un support d'antenne coaxial. On
reconnaît sur la figure 3 le boîtier interne 1, le support d'antenne 3, et le
boîtier externe 7. Comme le montre (a figure, le boîtier interne présente en
coupe une section rectangulaire, et le support d'antenne est disposé adjacent
à une largeur du rectangle. Le boîtier externe enveloppe le boîtier interne et
le
support d'antenne.
Les figures 4 à 6 montrent des variantes du cas où le support
d'antenne est constitué d'une ligne ruban formée de deux conducteurs. Dans
tous les cas, le boîtier interne présente comme à la figure 3 une section
rectangulaire, et le support d'antenne est adjacent à la largeur du rectangle.
A la figure 4 est représenté un mode de réalisation dans lequel l'un
des deux conducteurs de la ligne ruban épouse le contour focal du boîtier
externe, et entoure partiellement le deuxième conducteur.
A la figure 5 est représenté un mode de réalisation dans lequel le
conducteur externe présente en section une forme de quart de cercle, disposé
contre le boîtier externe.
A la figure 6 est représenté un mode de réalisation dans lequel la
ligne ruban constituant le support quart d'onde est formée de deux
conducteurs plans.
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Bien entendu, (a présente invention n'est pas limitée aux exemples et
modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de
nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Le support quart d'onde
dans les modes de réalisation de l'invention est parallèle au boîtier du
téléphone, et disposé sur le côté de celui-ci, le plus loin possible de la
tête de
l'utilisateur. Le support pourrait aussi être disposé sur l'arrière du
boîtier. Dans
les exemples des figures, l'antenne se trouve sur la partie supérieure du
téléphone. Elle pourrait aussi se trouver sur la partie inférieure de celui-
ci.
