EP0312792B1 - Antenne pour récepteur miniature notamment pour récepteur en forme de boitier de montre - Google Patents
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- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
- H01Q1/273—Adaptation for carrying or wearing by persons or animals
Definitions
- the present invention relates to an antenna for a miniature receiver, in particular for a receiver in the form of a watch case.
- the present invention consists of an antenna intended for a radio receiver, for example integrated in a watch case.
- the invention can also be applied to a low power transmitter having the same shape.
- the invention is intended to operate in a fixed frequency band chosen from the VHF or UHF ranges (from 80 MHz to 500 MHz for example).
- a receiver worn on the wrist must remain effective for a maximum of attitudes of the wearer while favoring if possible the most probable. It should also be noted that the performance of the antenna produced must not be impaired either by the presence of the electronics, the battery, the movement of the watch (if the watch keeps its original function), or by the nature of the materials that make up the case.
- the object of the invention is to solve these problems by proposing an antenna whose radiation pattern is as close as possible to that of an isotropic antenna.
- the invention provides an antenna for a receiver belonging to a box in the form of a watch box, said box also containing control and supply means and a circuit for adapting and tuning said antenna, said antenna comprising a first conductive element in the form of a split annular loop, situated in the upper part of said housing and isolated from the rest of said housing, said antenna being characterized in that it comprises a second conductive element connected to the ground of said receiver, arranged in the lower part of said housing and forming a capacitor with said first element, so as to constitute a capacitive antenna, and in that said circuit adaptation and tuning connects said conductive elements to the inputs of said receiver.
- the integration of the antenna in the case of a watch makes it possible to avoid all the problems of interconnection, of maintenance which would exist for example in the case of an antenna integrated in a watch band; the bracelet being a part which deteriorates regularly and which must then be able to be replaced without problem.
- the invention proposes an antenna in which the first conductive element is included in the upper crown of a watch case.
- the adaptation circuit consists of a capacitive divider formed in part by the capacitor formed by the first and second elements. This adaptation circuit grants and adapts to the receiver (or to the possible transmitter) the antenna thus produced, these various elements being integrated inside the case of a wristwatch.
- the first conductive element 10 forms an inductance here of a single turn. It is arranged in the upper part of a watch case 13 which includes a strap 14. This element 10 can be the upper crown of a metal watch, but it must then be isolated from the rest of the case 13. It can also be a conductive wire or ribbon embedded in a mold housing made of insulating material. This first element 10 makes it possible to form a loop sensitive to the magnetic component of the electromagnetic field.
- the second conductive element 11 consists of the rest of the housing if it is completely metallic, or, in the case of an insulating material housing, of an element reported as shown in FIG. 2.
- This conductive element 11 makes it possible to realize the compact gathering of the most important conducting masses of the receiver watch including in particular those of the receiver itself, those of the battery (ies) and electronics, and that of the motor if the watch has a needle system. time display. All these different parts for controlling the operation of the receiver watch are shown in FIGS. 1 and 2 in a set 18.
- the matching and matching circuit 12 connects the two conductive elements 10 and 11 to the inputs of the receiver 17 contained in the watch.
- the first element 10 is represented by an inductor.
- the circuit 12 for adaptation and tuning consists of the capacitive divider (15, 16), the element 15 partly comprising the capacity created by the capacitive dipole produced between the upper part and the lower part of the housing :
- the two capacitors 15 and 16 therefore appear between the two conductive elements 10 and 11 as shown in FIG. 2.
- This capacitive doublet (15, 16) is sensitive to the fields directed perpendicular to the conductive turn 10.
- the inductance formed by the first conductive element 10 is sensitive to any axial magnetic field with respect to the turn it forms.
- the mixed electric and magnetic aspect reduces the sensitivity to the presence of the body of the wearer of the watch and to that of magnetic masses.
- the invention therefore consists in producing a capacitive antenna formed from the upper ring of the housing, isolated from the rest of said housing, and forming a capacitor with the bottom of the housing and the rest of the conductive components, including the battery, and to use this crown as chord inductor.
- the second conductive element 11 may also have an inductive structure but more massive than that of the first element 10. We then have for example the equivalent diagram represented in FIG. 6.
- the radiation provided by the capacitive and inductive aspect is out of phase with ⁇ 2 in time, so the polarization is elliptical.
- the magnetic aspect will or will not be preponderant over the electrical aspect.
- An antenna according to the invention makes it possible, for example, to obtain in the frequency range 450-470 MHz a bandwidth of 1.5 MHz with an antenna gain in the optimal directions of 13 dB below that a reference ⁇ / 2 dipole and when the receiving watch is in free space.
- the gain of this same achievement is around 18dB below that of the dipole when the watch is worn on the wrist.
- the first conductive element 10 can comprise several turns.
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Description
- La présente invention concerne une antenne pour récepteur miniature, notamment pour récepteur en forme de boîtier de montre.
- La présente invention consiste en une antenne destinée à un récepteur de radio par exemple intégré dans un boîtier de montre.
- L'invention peut être appliquée également à un émetteur de faible puissance affectant la même forme.
- Une antenne de ce type est décrite dans le brevet JP-A-56169401.
- L'invention est destinée à fonctionner dans une bande de fréquences fixée choisie dans les gammes VHF ou UHF (de 80 MHz à 500 MHz par exemple).
- A ces fréquences les difficultés sont multiples pour réaliser une antenne efficace dans un boîtier de montre par exemple de type montre-bracelet:
- La place disponible est petite rapportée à la longueur d'onde ce qui aboutit à une résistance de rayonnement exprimée en dixièmes ou en centièmes d'ohms.
- La compensation de la réactance de l'antenne nécessite des composants avec des surtensions très élevées pour aboutir à des pertes acceptables.
- Le poignet du porteur et la proximité du reste de son corps absorbent les ondes ou se comportent comme des éléments rayonnants parasites de l'antenne utile, déformant ainsi son diagramme de rayonnement.
- Par ailleurs un récepteur porté au poignet doit rester efficace pour un maximum d'attitudes du porteur en favorisant si possible les plus probables. Il est à noter aussi que les performances de l'antenne réalisée ne doivent être altérées ni par la présence de l'électronique, de la pile, du mouvement de la montre (si la montre garde sa fonction d'origine), ni par la nature des matériaux qui composent le boîtier.
- L'invention a pour objet de résoudre ces problèmes en proposant une antenne dont le diagramme de rayonnement se rapproche le plus possible de celui d'une antenne isotrope.
- L'invention propose à cet effet une antenne pour récepteur appartenant à un boîtier en forme de boîtier de montre, ledit boîtier contenant en outre des moyens de commande et d'alimentation et un circuit d'adaptation et d'accord de ladite antenne, ladite antenne comprenant un premier élément conducteur en forme de boucle annulaire fendue, situé dans la partie supérieure dudit boîtier et isolé du reste dudit boîtier,
ladite antenne étant caractérisée en ce qu'elle comprend un deuxième élément conducteur relié à la masse dudit récepteur, disposé dans la partie inférieure dudit boîtier et formant condensateur avec ledit premier élément, de manière à constituer une antenne capacitive, et en ce que ledit circuit d'adaptation et d'accord relie lesdits éléments conducteurs aux entrées dudit récepteur. - L'intégration de l'antenne dans le boîtier d'une montre permet d'éviter tous les problèmes d'interconnexion, de maintenance qui existeraient par exemple dans le cas d'une antenne intégrée dans un bracelet-montre; le bracelet étant une partie qui se détériore régulièrement et qui doit alors pouvoir être remplacée sans problème.
- Plus particulièrement l'invention propose une antenne dans laquelle le premier élément conducteur est compris dans la couronne supérieure d'un boîtier de montre.
- Ce premier élément forme avec le second élément conducteur un doublet capacitif sensible aux champs électriques. Le circuit d'adaptation est constitué d'un diviseur capacitif formé en partie par le condensateur constitué par les premier et deuxième éléments. Ce circuit d'adaptation accorde et adapte au récepteur (ou à l'émetteur éventuel) l'antenne ainsi réalisée, ces différents éléments étant intégrés à l'intérieur du boitier d'une montre-bracelet.
- Avantageusement la présente invention permet de réaliser une antenne intégrée d'efficacité optimum en utilisant la structure du boîtier de la montre, en combinant deux modes de réception par boucle magnétique et par doublet capacitif, et apportant aussi :
- une résistance de rayonnement maximum pour le volume imparti;
- une réception multipolarisation;
- la suppression de tout élément inductif d'adaptation.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est un bloc-diagramme de l'invention ;
- la figure 2 illustre une vue schématique en élévation d'une réalisation de l'invention ;
- la figure 3 illustre une vue en perspective d'un détail de la réalisation illustrée à la figure 2 ;
- les figures 4, 5 et 6 représentent des schémas électriques équivalents de différentes réalisations de l'antenne de l'invention.
- Comme représenté aux figures 1 et 2 l'antenne de l'invention comprend :
- un premier élément conducteur 10 formé d'une boucle annulaire fendue,
- un deuxième élément conducteur 11,
- un circuit 12 d'adaptation et d'accord.
- Le premier élément conducteur 10, représenté plus particulièrement sur la figure 3, forme une inductance ici d'une seule spire. Il est disposé dans la partie supérieure d'un boîtier 13 de montre qui comporte un bracelet 14. Cet élément 10 peut être la couronne supérieure d'une montre métallique, mais il doit alors être isolé du reste du boitier 13. Il peut également être un fil ou un ruban conducteur noyé dans un boîtier moule en matière isolante. Ce premier élément 10 permet de former une boucle sensible à la composante magnétique du champ électromagnétique.
- Le deuxième élément conducteur 11 est constitué du reste du boîtier si celui-ci est totalement métallique, ou, dans le cas d'un boîtier en matière isolante, d'un élément rapporté comme représente sur la figure 2. Cet élément conducteur 11 permet de réaliser le rassemblement compact des masses conductrices les plus importantes de la montre récepteur dont notamment celles du récepteur proprement dit, celles de la ou des piles et de l'électronique, et celle du moteur si la montre dispose d'un système à aiguilles d'affichage de l'heure. Toutes ces différentes parties de commande du fonctionnement de la montre récepteur sont représentées sur les figures 1 et 2 en un ensemble 18.
- Ces masses conductrices principales, dont surtout celle de la pile d'alimentation, sont ainsi éloignés au maximum de la couronne supérieure 10 et placées en fond de boîtier de façon à prendre une référence de potentiel au niveau de l'épiderme du porteur permettant de capter le champ électrique radial apparaissant par la présence du bras ou du corps du porteur de la montre.
- Le circuit 12 d'adaptation et d'accord relie les deux éléments conducteurs 10 et 11 aux entrées du récepteur 17 contenu dans la montre. Sur la représentation schématique de la figure 4 le premier élément 10 est représenté par une inductance.
- Sur cette figure 4 le circuit 12 d'adaptation et d'accord est constitué du diviseur capacitif (15, 16), l'élément 15 comprenant en partie la capacité créée par le dipole capacitif réalisé entre la partie haute et la partie basse du boîtier : Les deux capacités 15 et 16 apparaissent donc entre les deux éléments conducteurs 10 et 11 comme représenté à la figure 2. Ce doublet capacitif (15, 16) est sensible aux champs dirigés perpendiculairement à la spire conductrice 10. L'inductance formée par le premier élément conducteur 10 est sensible à tout champ magnétique axial par rapport à la spire qu'elle forme.
- L'aspect mixte électrique et magnétique diminue la sensibilité à la présence du corps de celui qui porte la montre et à celle des masses magnétiques.
- Etant donné l'aspect flottant du montage, on peut avoir également un schéma électrique équivalent tel que celui représenté à la figure 5.
- Les deux capacités 15 et 16 qui constituent par exemple le circuit 12 permettent :
- de compléter l'accord du circuit résonnant et la mise à la fréquence d'opération. En effet dans le fonctionnement d'un récepteur intégré dans une montre, comme décrit précédemment, la surtension est très élevée et la bande passante étroite;
- de transformer la résistance pure vue à l'accord qui est très élevée en une résistance plus basse optimisée pour le récepteur (optimisation du rapport signal/bruit de l'étage d'entrée).
- L'invention consiste donc à réaliser une antenne capacitive formée de la couronne supérieure du boîtier, isolée du reste dudit boîtier, et formant condensateur avec le fond du boîtier et le reste des composants conducteurs, dont la pile, et d'utiliser cette couronne comme inductance d'accord.
- Le deuxième élément conducteur 11 peut également présenter une structure inductive mais plus massive que celle du premier élément 10. On a alors par exemple le schéma équivalent représenté à la figure 6.
-
- Selon la fréquence où l'on réalisera l'antenne et l'épaisseur que l'on acceptera de donner au boîtier, l'aspect magnétique sera ou ne sera pas prépondérant sur l'aspect l'électrique.
- Ainsi :
- à 450 MHz la spire 10 ne nécessite qu'un léger appoint d'accord: L'équilibrage magnétique-électrique est quasiment réalisé. On a alors par exemple deux capacités respectivement de quelques picofarads et de quelques dizaine de picofarads, un coefficient Q d'environ 300 à - 3dB et une bande passante d'environ 1,5 MHz à - 3dB;
- à 150 MHz on a essentiellement une bobine magnétique. Mais le petit apport électrique est le bien-venu pour capter dans les directions où la boucle présente un trou de réception.
- à 900 MHz (si des réseaux venaient à cette fréquence) on devrait maîtriser aisément les rapports entre les composantes.
- Une antenne selon l'invention permet d'obtenir, à titre d'exemple, dans la gamme des fréquences 450-470 MHz une bande passante de 1,5 MHz avec un gain d'antenne dans les directions optimales de 13dB au dessous de celui d'un dipole λ/2 de référence et lorsque la montre récepteur est en espace libre. Le gain de cette même réalisation se situe vers 18dB au dessous de celui du dipole lorsque la montre est portée au poignet.
- Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention.
- Ainsi pour des fréquences plus basses qu'en UHF, par exemple le premier élément conducteur 10 peut comporter plusieurs spires.
Claims (8)
- Antenne pour récepteur appartenant à un boîtier en forme de boîtier de montre, ledit boîtier contenant en outre des moyens de commande et d'alimentation et un circuit d'adaptation et d'accord de ladite antenne, ladite antenne comprenant un premier élément conducteur (10) en forme de boucle annulaire fendue, situé dans la partie supérieure dudit boîtier (13) et isolé du reste dudit boîtier (13), ladite antenne étant caractérisée en ce qu'elle comprend un deuxième élément conducteur (11) relié à la masse dudit récepteur, disposé dans la partie inférieure dudit boîtier (13) et formant condensateur avec ledit premier élément (10), de manière à constituer une antenne capacitive, et en ce que ledit circuit d'adaptation et d'accord (12) relie lesdits éléments conducteurs (10, 11) aux entrées dudit récepteur (17).
- Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit premier élément conducteur (10) est compris dans la couronne supérieure d'un boîtier de montre.
- Antenne selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que ledit premier élément conducteur (10) est constitué par la couronne supérieure d'un boîtier de montre si ladite couronne est métallique, ladite couronne étant dans ce cas isolée du reste dudit boîtier.
- Antenne selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que ledit circuit d'adaptation et d'accord (12) est constitué en partie par ledit condensateur formé par ledit premier élément (10) et ledit deuxième élément (11).
- Antenne selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que ledit circuit d'adaptation et d'accord est constitué dudit condensateur formé par ledit premier élément (10) et ledit deuxième élément (11) ainsi que d'un condensateur supplémentaire d'ajustage.
- Antenne selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que ledit deuxième élément (11) est constitué du reste dudit boîtier (13) si ce dernier est métallique.
- Antenne selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que ledit deuxième élément (11) est constitué d'un élément rapporté réalisant le rassemblement compact des masses conductrices se trouvant dans ledit boîtier (13).
- Antenne selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisée en ce qu'elle est entièrement intégrée à l'intérieur du boitier d'une montre-bracelet.
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