EP4485687A1 - Diagramme de rayonnement adaptable par polarisation d'obstacle - Google Patents

Diagramme de rayonnement adaptable par polarisation d'obstacle Download PDF

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EP4485687A1
EP4485687A1 EP24184094.1A EP24184094A EP4485687A1 EP 4485687 A1 EP4485687 A1 EP 4485687A1 EP 24184094 A EP24184094 A EP 24184094A EP 4485687 A1 EP4485687 A1 EP 4485687A1
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EP
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radiation pattern
radiofrequency system
antenna
switching circuit
main
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EP24184094.1A
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Madani Kartout
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Sagemcom Broadband SAS
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    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
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    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285—Planar dipole
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    • H01Q19/28—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements
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    • 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
    • H01Q3/247—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 by switching different parts of a primary active element
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    • 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
    • H01Q3/44—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 electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element

Definitions

  • the invention relates to the field of equipment comprising radiofrequency systems, such as access points for example.
  • the radiation pattern of an antenna depends on several parameters, such as the type of wave propagation it generates, the shape of the radiating element, its dimensions and the materials it is made of. Depending on the aforementioned parameters and the environment in which the antenna is located, a radiation pattern of a specific shape is created.
  • the antennas can transmit and receive signals simultaneously.
  • the combined radiation pattern of all correlated and decorrelated antennas is considered in order to determine the maximum power that can be transmitted or the minimum power that can be received, as well as the spatial coverage.
  • an access point e.g. WiFi access point
  • a MIMO system it is envisaged to equip an access point (e.g. WiFi access point) with such a MIMO system.
  • the combined radiation patterns are very often quasi-isotropic, i.e. in the shape of a sphere surrounding the equipment, because the objective is to radiate in all directions in order to have the best coverage and therefore to maintain good communication quality regardless of the position of the stations.
  • the radiation pattern of an antenna system can be modified to adapt it according to the geographical area where the equipment incorporating said antenna system is used. It is thus possible to use the same antenna system in two regions with different regulations, without redesigning said system. It is thus possible to configure the antenna system so that it has a certain radiation pattern when it is marketed in the United States, and another radiation pattern when it is marketed in Europe.
  • the modification of the radiation pattern could also be carried out at the time of its installation at the user's premises, or be carried out in real time, during operation, to improve the efficiency of the communication if necessary.
  • the radiation pattern can be deformed in an arbitrary direction according to the beamforming method by directly applying via software phase shifts between the signals sent to each antenna (for example by varying the N SS , i.e. the Number of Spatial Stream ) or by applying time delays (for example with the CDD method, for Cyclic Delay Diversity ), which increases the gain according to the directions where the user is located, thus creating a minor distortion perceptible to the latter.
  • N SS i.e. the Number of Spatial Stream
  • time delays for example with the CDD method, for Cyclic Delay Diversity
  • the beamsteering solution or radiation pattern depointing, implements a phased antenna array.
  • This consists of several radiating elements connected together with a phased feed network or with variable phase shifters.
  • the radiation pattern is more or less directional and oriented in a given direction.
  • the radiation pattern matching device positioned near the main antenna, can therefore be controlled to configure the radiation pattern of the radio frequency system according to the first radiation pattern or the second radiation pattern.
  • the radiating strands and the reflector play the role of a passive and reflective antenna, which modifies the directivity of the radiofrequency system.
  • This solution requires a small footprint, because the radiation pattern matching device is small.
  • the radiation pattern matching device does not require changing the position of a moving element to adapt the radiation pattern.
  • radio frequency system as previously described, in which the main antenna extends in a first plane, and in which the printed circuit of the radiation pattern matching device extends in a second plane perpendicular to the first plane.
  • a radiofrequency system as previously described, in which a first distance between the main antenna and the printed circuit, along a first axis belonging to the first plane and perpendicular to the second plane, is equal to X/8, and in which a second distance between the main antenna and the printed circuit, along a second axis belonging to the second plane and perpendicular to the first axis, is equal to ⁇ /16.
  • a radio frequency system as previously described, in which a transmission coefficient between the main antenna and the radiation pattern matching device is between -15 dB and -6 dB.
  • the reflector further comprises two secondary portions each extending from a separate end of the primary portion while being perpendicular thereto.
  • each radiating strand is connected to the switching circuit by a coplanar waveguide.
  • the switching circuit comprises a single-pole, single-throw switch.
  • a radio frequency system such as previously described, further comprising a one-piece support comprising a first part arranged to carry the main antenna and a second part arranged to carry the radiation pattern matching device, the second part being arranged to be able to manually insert and uninsert the radiation pattern matching device.
  • radiofrequency system as previously described, comprising a plurality of main antennas each associated with a distinct radiation pattern adaptation device.
  • equipment as previously described is provided, the equipment being an access point.
  • the radiofrequency system 1 is here integrated into the upper part of an access point 2 having a “tower” structure and which has a generally cylindrical shape with axis A1.
  • Access point 2 is for example a Wi-Fi access point.
  • the radiofrequency system 1 here comprises an antenna system arranged to operate according to the MIMO technique.
  • the radiofrequency system 1 allows to control the shape of the radiation pattern of this MIMO system using a circuit external to the antenna system.
  • the control of the shape of the radiation pattern is carried out without intervening on the parameters of the radiofrequency components connected to the antenna system (chips, front-end modules (or FEMs), etc.), nor on the antenna system itself.
  • the control carried out does not consist in modifying the number of spatial streams, nor in defining the phase shift between the signals on each antenna, nor in using a precise number of antennas and in choosing which antennas will transmit and receive.
  • the radio frequency system 1 allows to create an attenuation or an increase in the gain of a single antenna or of an antenna system in a precise direction, on command, with a reflection system with obstacle by polarization. This control does not act on the operation of the antenna system and does not intervene on the physical layers of the radio interface concerned, which are controlled by a processor and other electronic chips with specific algorithms.
  • the radio frequency system 1 comprises a main antenna or a system of main antennas, and a radiation pattern matching device. It can, on command, present either a first radiation pattern, close to that of the antenna or antenna system, or a second radiation pattern, different from the first radiation pattern.
  • the modified radiation pattern exhibits reduced or increased gain in at least one predetermined direction.
  • first radiation patterns 3a, 3b are quasi-isotropic, while the second radiation patterns 4a, 4b present modified gains in certain directions.
  • the radiofrequency system 1 comprises at least one main antenna (here four) and, for each main antenna, a radiation pattern matching device adapted to said main antenna.
  • the main antenna 5 is a TRX antenna (transmitting and receiving antenna), of the patch antenna type. It has a flat, rectangular shape with a length L1 and a width l1.
  • the central frequency is for example equal to 5800 MHz.
  • the radiation pattern matching device 6 comprises a printed circuit 8. Its substrate here is an FR4 substrate.
  • the printed circuit board 8 has a generally rectangular shape with cut corners.
  • the printed circuit board 8 has a length L2 and a width 12.
  • Two radiating strands 10 are printed on a first layer (here on the upper layer) of the printed circuit 8.
  • the two radiating strands 10 are each of generally rectangular shape, and extend successively along the length of the printed circuit 8.
  • each radiating strand 10 is here equal to ⁇ /4.
  • ⁇ /4 is the quarter wavelength of the central frequency of the operating band of the main antenna.
  • Each radiating strand 10 is therefore a relatively wide printed track.
  • the two radiating strands 10 each extend on either side of a central axis A3 of the printed circuit 8 extending along its width.
  • each radiating strand 10 closest to said axis A3 has a generally triangular shape (oriented towards the outside of the strand).
  • a track 11 extends from the vertex 12 of said triangle then makes a right angle to extend parallel to said axis A3 in the direction of the edge 14 (length) of the printed circuit 8.
  • Ground tracks 15 extend on each side of the track 11.
  • the track 11 and its ground tracks 15 form a coplanar waveguide 16.
  • the 16 coplanar waveguides are 50 Q tracks.
  • the two sets are arranged symmetrically with respect to the axis A3.
  • a switching circuit 17 is mounted on the printed circuit 8.
  • the switching circuit 17 here is a radio frequency SPST switch (SPST for Single Pole Single Throw , or single-pole single-way switch).
  • the SPST switch 17 comprises a first port 20 connected to the left radiating strand 10, a second port 21 connected to the right radiating strand 10, a third port 22 (power supply) and a fourth port 23 (control).
  • the first port 20 and the second port 21 can therefore be selectively connected (closed state) or disconnected (open state), on command, via the fourth port 23.
  • the SPST switch 17 When the control voltage Vc is equal to 0 V, the SPST switch 17 is in the open state. When the control voltage Vc is equal to 3.3 V, the SPST switch 17 is in the closed state.
  • the SPST switch 17 therefore makes it possible to establish or cut an electromagnetic connection between the two radiating strands 10. In the closed state, it thus creates the half-wave dipole antenna 18. In the open state, it leaves the radiating strands 10 as very high frequency monopoles.
  • the SPST switch 17 therefore sees an impedance of 50 ⁇ at its input and output.
  • the SPST 17 switch that is used is a standard component that has been designed for operation at 50 ⁇ (standard impedance for civil radiofrequency applications).
  • the use of a standard component is of course interesting from the point of view of the cost of the component, but also of its availability.
  • the SPST 17 switch therefore works optimally: it passes the signal with minimal insertion loss and it blocks the signal with maximum attenuation.
  • the SPST switch 17 would not be impedance matched and therefore its performance would be degraded.
  • the printed circuit 8 further comprises a reflector 25 printed on the printed circuit 8.
  • the reflector 25 comprises a main portion 26 which extends over the entire length of the printed circuit 8 along the edge 14. This main portion 26 itself comprises a central portion which goes up towards the center of the printed circuit 8.
  • the central portion of the reflector 25 is located in a central portion of the first layer, in which the guides 16 are also positioned.
  • the radiating strands 10 extend on either side of said central portion.
  • the reflector 25 further comprises two secondary portions 27 which each extend from a separate end of the main portion 26 while being perpendicular thereto.
  • the reflector 25 is therefore a track whose length is equal to that of the printed circuit 8, and which is folded in a certain way on the ends, with a certain angle to increase the level of reflectivity. It should also be noted that the wider this track, the more reflective it is. This design was thought out to satisfy a compromise between dimensions, complexity, volume and performance of the solution.
  • the printed circuit 8 further comprises a main ground plane 28 printed on a second layer (here on the lower layer of the printed circuit 8).
  • the main ground plane 28 is positioned in a central portion of the second layer, superimposed with the central portion of the first layer.
  • the ground tracks 15 of the coplanar waveguides 16, the ground plane 29 of the SPST switch 17, as well as the reflector 25, are connected to the main ground plane 28.
  • the second layer of the printed circuit also comprises a track 30 connected to the third port 22 of the SPST switch 17 (power supply) and a track 31 connected to the fourth port 23 of the SPST switch 17. These two tracks 30, 31 each end with a rectangular portion 32, 33, having an edge coincident with the edge 14 of the printed circuit 8.
  • a first cable 34 on which a power supply voltage Vcc runs, is soldered to the portion 32.
  • a second cable 35 on which a control voltage Vc runs, is soldered to the portion 33.
  • the access point 2 comprises a motherboard 40 which comprises radio frequency components.
  • the main antenna 5 is connected to the motherboard via a coaxial cable 41 (50 ⁇ ).
  • the first cable 34 and the second cable 35 are connected to the motherboard 8.
  • the motherboard 40 includes a power supply unit 42 and a processing unit 43.
  • the power supply unit 42 supplies the supply voltage Vcc to the SPST switch 17 (via the first cable 34).
  • the processing unit 43 supplies the control voltage Vc to the SPST switch 17 (via the second cable 35). It is therefore the processing unit 43 which controls the evolution of the radiation pattern of the radiofrequency system (change from the first radiation pattern to the second radiation pattern, and vice versa).
  • the processing unit 43 comprises at least one processing component 43a, which is for example a “generalist” processor, a processor specialized in signal processing (or DSP, for Digital Signal Processor ), a microcontroller, or a programmable logic circuit such as an FPGA (for Field Programmable Gate Arrays ) or an ASIC (for Application Specified Integrated Circuit ) .
  • a “generalist” processor for example a “generalist” processor, a processor specialized in signal processing (or DSP, for Digital Signal Processor ), a microcontroller, or a programmable logic circuit such as an FPGA (for Field Programmable Gate Arrays ) or an ASIC (for Application Specified Integrated Circuit ) .
  • DSP Digital Signal Processor
  • microcontroller for Microcontroller
  • a programmable logic circuit such as an FPGA (for Field Programmable Gate Arrays ) or an ASIC (for Application Specified Integrated Circuit ) .
  • the processing unit 43 further comprises one or more memories 43b, connected to or integrated in the processing component 43a. At least one of these memories 43b forms a computer-readable recording medium, on which at least one computer program is recorded comprising instructions which drive the processing component. 43a to perform at least some of the steps of the following piloting process.
  • the main antenna 5 extends in a first plane P1
  • the printed circuit 8 extends in a second plane P2 perpendicular to the first plane P1.
  • the radiation pattern matching device 6 is therefore positioned perpendicularly above the main antenna 5.
  • a first distance d1 between the main antenna 5 and the printed circuit 8, along a first axis X1 passing through the first plane P1 and perpendicular to the second plane P2, is equal to ⁇ /8.
  • a second distance d2 between the main antenna 5 and the printed circuit 8, along a second axis X2 contained in the second plane and perpendicular to the second axis, is equal to ⁇ /16.
  • the radiation pattern matching device 6 is therefore spaced from the main antenna 5 by ⁇ /8 on the vertical plane and ⁇ /16 on the horizontal plane by a frequency chosen (by calculating the wavelength in free space with ⁇ r and ⁇ r equal to 1).
  • the main antenna 5 and the radiation pattern matching device 6 are connected to a common ground.
  • This common ground is also a ground of the access point 2. It includes a metal grid 45 belonging to the chassis of the access point 2.
  • the radiofrequency system 1 comprises a spring ground contact 46, which is fixed to the ground plane 28 of the printed circuit 8 and to the metal grid 45.
  • the radiofrequency system 1 When the SPST switch 17 is in the open state (blocked mode), the flow of current between the two radiating strands 10 is blocked and the radiofrequency system 1 has a first radiation pattern, which is substantially that of the main antenna 5 alone (it is not perfectly identical due to the influence of the printed circuit and the tracks printed on it).
  • the dipole antenna 18 formed on the printed circuit board 8 of the pattern matching device radiation 6 partially receives the radiofrequency signal emitted by the main antenna 5.
  • the main antenna 5 By emitting an electromagnetic wave, the main antenna 5 generates an electric field E and a magnetic field H in the space around it with a more or less different mapping in accordance with its radiation pattern.
  • the electric field induces in this case a voltage in the PR antenna between its radiating strands 10, and the magnetic field induces a surface current on the same radiating conductive parts.
  • This voltage and current flowing on the PR antenna then create an electromagnetic field, with a different spatial mapping governed by its radiation pattern.
  • the combination of the electromagnetic fields generated by the main antenna and the PR antenna creates a combined radiation pattern with a particular shape oriented mainly in a predetermined direction. This phenomenon is completely passive.
  • the design of the PR antenna, equipped with the reflector 25 printed on the printed circuit 8, increases the directivity of the combined radiation, because the received waves are reflected.
  • the magnetic field is maximum in the Z1 zones (greater than 1 A/m).
  • the electric field is maximum in the Z2 zones (greater than 300 V/m).
  • the gain of the radiation pattern increases towards the negative side of the X axis, and decreases in the other direction. Hole 47 is accentuated.
  • the radiofrequency system 1 then has a second radiation pattern having, relative to the first radiation pattern, an increased or decreased gain in at least one predetermined direction.
  • the reception efficiency of the PR antenna therefore depends on several factors, such as the distance between the antennas, the position of the two antennas, the relative orientation, the radiation characteristics of the main antenna as well as the dimensions and electrical properties of the PR antenna.
  • the PR antenna therefore acts essentially as a passive receiver and reflector that can capture part of the signal emitted and/or received by the main antenna. It does not amplify or improve the quality of the signal.
  • the proximity of the main antenna 5 and the radiation pattern matching device 6 modifies the characteristics of the main antenna 5, and this in a different manner if the radiation pattern matching device 6 forms a reflective half-wave dipole antenna (switch: closed state) or if the metal elements formed by the radiating strands are separated (switch: open state).
  • the return loss of the main antenna 5 (curve C9) is low (less than -10 dB) over a wider bandwidth than the useful bandwidth 48 (operating frequency band). This makes it possible to anticipate a frequency shift due to its proximity to the PR antenna and to avoid a drop in its efficiency which could deteriorate the performance of its radiation and which could deteriorate the performance of the access point 2 because of the conducted reflection level being too high.
  • the return loss of the PR antenna (C10 curve) must also be low (less than -10dB) in the operating frequency band so that it can have the desired impact on the main antenna.
  • the transmission coefficient (curve C11) between the two antennas i.e. the coupling, must not be too strong so as not to impact too much the efficiency of the main antenna 5 and must not be too weak to create a real distinction between the two closed/open states of the SPST switch 17.
  • the transmission coefficient between the main antenna 5 and the radiation pattern matching device 6 is between -15 dB and -6 dB.
  • Table 1 (Appendix 1) illustrates an example of behavior obtained for a radiofrequency system. comprising a main antenna and the radiation pattern matching device.
  • the first column corresponds to the first distance between the main antenna and the radiation pattern matching device (along the X1 axis).
  • the fourth row corresponds to the optimal position previously described.
  • the second column corresponds to the state of the SPST switch.
  • the third column gives the directivity values for the three frequencies: 5180 MHz, 5500 MHz and 5800 MHz.
  • the fourth column gives the "relative" directivity offsets with respect to the switch state and position.
  • the fifth column gives the efficiency and the sixth column the field components (in %).
  • Table 2 (Appendix 2) is a similar table to Table 1, except that this time, in the first column, it is the inclination of the radiation pattern matching device 6 that varies.
  • the switching circuit i.e. the polarizing element of the receiving/reflecting device, is an SPST switch.
  • the switching circuit therefore does not necessarily include an SPST switch.
  • the switching circuit can for example be a diode switching circuit.
  • the switching circuit 50 comprises a first capacitor 51 having a first terminal connected to the radiating strands 10 and to the reflector 25, a first inductor 52 having a first terminal connected to the second terminal of the first capacitor 51 and a second terminal connected to the electrical ground.
  • the cathode of the diode 53 is connected to the second terminal of the first capacitor 51 (and to the first terminal of the first inductor 52).
  • the anode of the diode 53 is connected to a first terminal of the second capacitor 54.
  • the second terminal of the second capacitor 54 is connected to the common ground of the equipment.
  • the circuit further comprises a second inductor 55 connected in series with a resistor 56 and a voltage source 57.
  • the second inductor 55 has a first terminal connected to the anode of the diode 53 and a second terminal connected to the resistor 56.
  • This circuit has certain disadvantages: relatively high cost, difficulty in finding in stores ultra-low capacitance radio frequency diodes covering a wide frequency band and supporting high input power.
  • diode 53 is permanently biased, and therefore either permanently passing or blocking, which cancels the desired function.
  • the SPST 17 switch is easily found in the trade. Its characteristics are known and more interesting for the present application.
  • This component acts as a switch that can let a radio frequency signal pass with a low insertion loss or block it with an isolation around 30dB on the band 5 to 6GHz. It can support a maximum input power of 30dBm, which is more than enough.
  • the main antenna 5 and the radiation pattern matching device 6 are mounted on the same support 60 made of plastic (in one piece).
  • the support 60 comprises a first part 61 for accommodating the main antenna and holding it in the position as shown in the Figures 3 to 5 .
  • the support 60 comprises a second part 62 for accommodating the radiation pattern adaptation device.
  • the second part comprises a flat surface 63, of generally rectangular shape, having substantially the same dimensions as the printed circuit 8.
  • the second part 62 also comprises a set of tabs each comprising a first portion which extends perpendicular to the flat surface 63 and from an edge thereof, and a second portion which extends perpendicular to the first portion and towards the inside of the flat surface 63.
  • the set of tabs comprises, for the edge 64 (length of the flat surface) of the flat surface, a tab 65 located approximately in the center of said edge and of reduced length, a tab 66 located close to the edge 67 (width of the flat surface 63), also of reduced length.
  • the set of tabs also comprises a tab 68 which extends over the entire length of the edge 69 (width of the flat surface) and which extends over a portion of the length of the edge 70 (length of the flat surface) close to half of it.
  • a flexible finger 71 comprising a flat running portion, is defined in the thickness of the flat surface 63.
  • the finger 71 has an end fixed to the flat surface 63 and a free end from which extends a hook 72 which projects perpendicularly to the flat surface 63 at the edge 67.
  • the radiation pattern matching device 6 is manually installed in the holder 60 in the following manner.
  • the printed circuit 8 is inserted into the holder 60 by being introduced by the edge 67 of the flat surface 63, and by pressing on the hook 72.
  • the printed circuit 8 slides into the space formed between the flat surface 63 and the second portions of the tabs.
  • the hook 72 is no longer depressed and projects at the edge 75 of the printed circuit 8 to the outside thereof and by pressing against it, which holds the printed circuit 8 in place.
  • the insertion of the printed circuit 8 into the holder is therefore carried out via a sliding connection (produced by means of the tabs), and its retention is carried out via an elastic fitting (produced by the flexible finger 71).
  • the radiation pattern matching device 6 can therefore be inserted into its holder and removed manually.
  • the access point 2 comprises a plurality of radiofrequency systems 1 as previously described, the main antennas 5 of said radiofrequency systems being arranged to operate according to the MIMO technique.
  • the access point has four radio frequency systems 1.
  • the support 60 previously mentioned has an octagonal shape. It carries the four main antennas 5 and the four radiation pattern adaptation devices 6.
  • the plastic support 60 comprises four large faces 81 and four small faces 82 connecting said large faces 81.
  • Each radiofrequency system 1, comprising a main antenna 5 and a radiation pattern matching device 6, is associated with a separate large face 81.
  • the support 60 is arranged so that the main antenna 5 extends outside the support 60 while being oriented at 45° and being pressed against the external wall of said large face 81, while the radiation pattern matching device 6 is located inside the support 60 (the edge 64 of the flat surface 63 runs along the internal wall of said large face 81).
  • Table 3 of Appendix 3 lists different cases, each corresponding to a distinct combination of the modes of the radiation pattern matching devices.
  • case 0 corresponds to a case where the radiation pattern matching devices are not mounted
  • case 1 corresponds to a case where the radiation pattern matching devices are mounted but are all in the off mode
  • case 3 corresponds to a case where the matching devices are mounted and are all in the on mode.
  • NHPRP Near Field Horizontal Partial Radiated Power
  • the characteristics of the reflector are such that the reflector is adapted to control the radiation pattern of the main antenna for different center frequencies respectively associated with different operating bands, such as the operating bands included in the so-called "6 GHz" band of the Wi-Fi 6E protocol.
  • the reflector could have a different shape, for an even higher level of reflectivity.
  • the corners of the radiation pattern matching device PCB are not necessarily cut out.
  • the main antenna is positioned in a vertical plane by being oriented so as to form an angle of 45° with a horizontal plane.
  • the radio frequency system can be implemented regardless of the position and orientation of the main antenna.
  • the optimized position of the radiation pattern matching device with respect to the main antenna which has been described earlier, is a relative position with respect to the position and orientation of the antenna.
  • the main antenna frequency for example, could be different from the frequencies listed here.
  • the radio frequency system may include any number of main antennas.
  • the shape of the access point could be different.
  • it could be a cylindrical shape with a rectangular or square section, possibly with rounded corners.
  • the radio frequency system can be integrated into any type of equipment that implements radio frequency communication.
  • Table 1 is divided here into two tables: 1A, 1B (which form the same table) table 1A State Total directivity (dB) Total Directivity Offset (dB) Efficiency (dB) 5180 MHz 5500 MHz 5800 MHz 5180 MHz 5500 MHz 5800 MHz 5180 MHz 5500 MHz 5800 MHz Relative switch mode Relative Position Relative switch mode Relative Position Relative switch mode Relative Position +10 mm ON 5 5.6 5.6 -1 1.3 -0.5 0.7 0 0.8 -0.36 -0.26 -0.34 OFF 6 6.1 5.6 -1.4 -0.9 0.2 -0.31 -0.27 -0.43 +5 mm ON 5.5 6 5.5 -0.3 0.8 0 0.3 0.1 0.9 -0.53 -0.35 -0.53 OFF 5.8 6 5.4 -1.2 -0.8 0.4 -0.32 -0.31 -0.53 Initial Position 0 mm ON 6.3 6.3 6.4 17 1.1 0.6 -1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Système radiofréquence comportant une antenne principale et un dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement (6) comprenant un circuit imprimé (8) sur lequel sont imprimés deux brins rayonnants (10) et un réflecteur (25), et sur lequel est monté un circuit de commutation (17) relié aux deux brins rayonnants et agencé pour être piloté de sorte que :- lorsque le circuit de commutation se trouve dans un mode bloqué, le système radiofréquence (1) présente un premier diagramme de rayonnement ;- lorsque le circuit de commutation se trouve dans un mode passant, les deux brins rayonnants forment une antenne dipôle demi-onde (18), le système radiofréquence (1) présentant alors un deuxième diagramme de rayonnement ayant un gain augmenté ou diminué dans au moins une direction prédéterminée.

Description

  • L'invention concerne le domaine des équipements comprenant des systèmes radiofréquences, tels que des points d'accès par exemple.
    • ARRIERE PLAN
  • Le diagramme de rayonnement d'une antenne dépend de plusieurs paramètres, tels que le type de propagation des ondes qu'elle génère, la forme de l'élément rayonnant, ses dimensions et les matériaux qui la constituent. En fonction des paramètres susmentionnés et de l'environnement dans lequel l'antenne est située, un diagramme de rayonnement d'une forme spécifique est créé.
  • Dans le cas de l'utilisation de la technique MIMO (pour Multiple Input Multiple Output), les antennes peuvent transmettre et recevoir des signaux simultanément. Ainsi, le diagramme de rayonnement combiné de toutes les antennes corrélées et décorrélées est considéré afin de déterminer la puissance maximale pouvant être émise ou la puissance minimale pouvant être reçue, ainsi que la couverture spatiale.
  • On envisage d'équiper un point d'accès (point d'accès WiFi par exemple) d'un tel système MIMO.
  • Dans les points d'accès, les diagrammes de rayonnement combinés sont très souvent quasi-isotropes, c'est à dire en forme de sphère entourant l'équipement, car l'objectif est de rayonner dans toutes les directions afin d'avoir la meilleure couverture et donc de garder une bonne qualité de communication indépendamment de la position des stations.
  • La règlementation américaine (voir notamment les règles de la FCC (pour Fédéral Communications Commission), notamment pour l'AFC (pour Automated Frequency Coordination)) impose aux fabricants de points d'accès, en fonction de la position géographique de ceux-ci et de la fréquence du canal de transmission, de limiter à 21 dBm la puissance transmise au-delà d'une certaine élévation par rapport à l'horizon, sans remettre en cause la puissance dans les autres directions (36 dBm).
  • Il semble donc intéressant d'être en mesure d'agir sur le diagramme de rayonnement dans au moins une direction prédéfinie pour réduire ou augmenter le gain de la ou des antennes utilisées dans ladite ou lesdites directions prédéfinies.
  • Ceci permet par exemple de modifier le diagramme de rayonnement d'un système d'antennes pour l'adapter en fonction de la zone géographique où est utilisé l'équipement intégrant ledit système d'antennes. On peut ainsi utiliser un même système d'antennes dans deux régions ayant des réglementations différentes, sans reconcevoir ledit système. On pourrait ainsi configurer le système d'antennes pour qu'il présente un certain diagramme de rayonnement lorsqu'il est commercialisé aux Etats-Unis, et un autre diagramme de rayonnement lorsqu'il est commercialisé en Europe.
  • La modification du diagramme de rayonnement pourrait aussi être réalisée au moment de son installation chez l'utilisateur, ou bien être effectuée en temps réel, en fonctionnement, pour améliorer si nécessaire l'efficacité de la communication.
  • On connaît des techniques mécaniques, électroniques et logicielles pour modifier un diagramme de rayonnement.
  • Les techniques mécaniques nécessitent d'intégrer des parties mobiles dans l'équipement. Ces parties mobiles sont peu robustes, complexes et coûteuses.
  • Dans le cas des systèmes d'antennes des radios Wi-Fi, LTE, 5GNR, etc..., le diagramme de rayonnement peut être déformé dans une direction arbitraire selon la méthode de beamforming en appliquant directement via un logiciel des déphasages entre les signaux envoyés sur chaque antenne (par exemple en faisant varier le NSS, c'est-à-dire le Number of Spatial Stream) ou en appliquant des délais temporels (par exemple avec la méthode de CDD, pour Cyclic Delay Diversity), ce qui augmente le gain suivant les directions où se trouve l'utilisateur, créant ainsi une déformation mineure perceptible de ce dernier.
  • Cependant, ces techniques dépendent fortement de l'environnement dans lequel la communication est établie, ce qui rend la forme des diagrammes de rayonnement aléatoire et donc non contrôlable.
  • Pour les systèmes d'antennes directifs, la solution de beamsteering, ou dépointage de diagramme de rayonnement, met en oeuvre un réseau d'antennes phasées. Il s'agit de plusieurs éléments rayonnants connectés entre eux avec un réseau d'alimentation phasé ou avec déphaseurs variables. En fonction des éléments activés et de la différence de phase entre les éléments, le diagramme de rayonnement est plus ou moins directif et orienté dans une direction donnée.
  • L'inconvénient est que cette technique requiert un réseau de plusieurs antennes, ce qui prend énormément de place à des fréquences de la bande ISM (Wi-Fi, LTE...) et donc rend son utilisation impossible sur des passerelles d'accès à Internet.
    • OBJET
  • Un ou plusieurs modes de réalisation ont pour objet d'adapter sur commande le diagramme de rayonnement d'au moins une antenne :
    • sans agir directement sur cette antenne, ni sur les signaux qui lui sont envoyés, ni sur les composants radiofréquences auxquels elle est connectée ;
    • sans utiliser de partie mobile ;
    • via une solution peu encombrante.
    RESUME
  • En vue de la réalisation de ce but, on propose un système radiofréquence comportant une antenne principale et un dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement comprenant un circuit imprimé sur lequel sont imprimés deux brins rayonnants et un réflecteur, et sur lequel est monté un circuit de commutation relié aux deux brins rayonnants et agencé pour être piloté de sorte que :
    • lorsque le circuit de commutation se trouve dans un mode bloqué, une circulation de courant entre les deux brins rayonnants est bloquée et le système radiofréquence présente un premier diagramme de rayonnement ;
    • lorsque le circuit de commutation se trouve dans un mode passant, la circulation de courant entre les deux brins rayonnants n'est pas bloquée de sorte que les deux brins rayonnants forment une antenne dipôle demi-onde, le système radiofréquence présentant alors un deuxième diagramme de rayonnement ayant, par rapport au premier diagramme de rayonnement, un gain augmenté ou diminué dans au moins une direction prédéterminée.
  • Le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement, positionné à proximité de l'antenne principale, peut donc être piloté pour configurer le diagramme de rayonnement du système radiofréquence selon le premier diagramme de rayonnement ou le deuxième diagramme de rayonnement.
  • Lorsque le circuit de commutation se trouve dans l'état fermé (mode passant), les brins rayonnants et le réflecteur jouent le rôle d'une antenne passive et réflectrice, qui modifie la directivité du système radiofréquence.
  • Cette solution permet donc de modifier le diagramme de rayonnement sans agir sur l'antenne principale elle-même, ni sur les signaux qu'elle reçoit, ni sur les composants radiofréquences auxquels elle est connectée.
  • Cette solution requiert un encombrement réduit, car le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement est peu volumineux. Le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement ne nécessite pas de modifier la position d'un élément mobile pour adapter le diagramme de rayonnement.
  • On propose de plus un système radiofréquence tel que précédemment décrit, dans lequel l'antenne principale s'étend dans un premier plan, et dans lequel le circuit imprimé du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement s'étend dans un deuxième plan perpendiculaire au premier plan.
  • On propose de plus un système radiofréquence tel que précédemment décrit, dans lequel une première distance entre l'antenne principale et le circuit imprimé, selon un premier axe appartenant au premier plan et perpendiculaire au deuxième plan, est égale à X/8, et dans lequel une deuxième distance entre l'antenne principale et le circuit imprimé, selon un deuxième axe appartenant au deuxième plan et perpendiculaire au premier axe, est égale à À/16.
  • On propose de plus un système radiofréquence tel que précédemment décrit, dans lequel un coefficient de transmission entre l'antenne principale et le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement est compris entre -15 dB et -6 dB.
  • On propose de plus un système radiofréquence tel que précédemment décrit, dans lequel les deux brins rayonnants s'étendent successivement selon une longueur du circuit imprimé, et dans lequel le réflecteur comprend une portion principale qui s'étend sur la totalité de ladite longueur.
  • On propose de plus un système radiofréquence tel que précédemment décrit, dans lequel le réflecteur comprend en outre deux portions secondaires qui s'étendent chacune depuis une extrémité distincte de la portion principale en étant perpendiculaire à celle-ci.
  • On propose de plus un système radiofréquence tel que précédemment décrit, dans lequel chaque brin rayonnant est connecté au circuit de commutation par un guide d'onde coplanaire.
  • On propose de plus un système radiofréquence tel que précédemment décrit, dans lequel :
    • les brins rayonnants, le réflecteur, les guides d'onde coplanaires et le circuit de commutation sont situés sur une première couche du circuit imprimé, les guides d'onde coplanaires et le circuit de commutation étant positionnés dans une portion centrale de la première couche, les brins rayonnants s'étendant de part et d'autre de ladite portion centrale ;
    • le circuit imprimé comprend un plan de masse principal imprimé sur une deuxième couche du circuit imprimé, le plan de masse principal étant situé dans une portion centrale de la deuxième couche ;
    • des pistes de masse des guides d'onde coplanaires, un plan de masse du circuit de commutation, ainsi que le réflecteur, étant connectés au plan de masse principal.
  • On propose de plus un système radiofréquence tel que précédemment décrit, dans lequel le circuit de commutation comprend un interrupteur unipolaire unidirectionnel.
  • On propose de plus un système radiofréquence tel que précédemment décrit, comportant en outre un support en une seule pièce comprenant une première partie agencée pour porter l'antenne principale et une deuxième partie agencée pour porter le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement, la deuxième partie étant agencée pour pouvoir insérer et désinsérer manuellement le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement.
  • On propose de plus un système radiofréquence tel que précédemment décrit, comprenant une pluralité d'antennes principales associées chacune à un dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement distinct.
  • On propose de plus un système radiofréquence tel que précédemment décrit, les antennes principales étant agencées pour fonctionner selon la technique MIMO.
  • On propose de plus un équipement comprenant un système radiofréquence tel que précédemment décrit.
  • On propose de plus un équipement tel que précédemment décrit, l'équipement étant un point d'accès.
  • On propose de plus un procédé de pilotage, mis en oeuvre par une unité de traitement d'un équipement tel que précédemment décrit, et comprenant les étapes de :
    • acquérir une consigne visant à configurer un diagramme de rayonnement du système radiofréquence selon le premier diagramme de rayonnement ou le deuxième diagramme de rayonnement ;
    • produire une tension de commande qui dépend de ladite consigne, et appliquer ladite tension de commande en entrée du circuit de commutation.
  • On propose de plus un programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent une unité de traitement de l'équipement tel que précédemment décrit à exécuter les étapes du procédé de pilotage tel que précédemment décrit.
  • On propose de plus un support d'enregistrement lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur tel que précédemment décrit.
  • Le ou les modes de réalisation seront mieux compris à la lumière de la description qui suit de modes de mise en oeuvre particulier non limitatif.
    • BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels :
    • [Fig. 1] la figure 1 représente un point d'accès dans lequel est intégré le système radiofréquence ;
    • [Fig. 2] la figure 2 représente deux exemples d'un premier diagramme de rayonnement et d'un deuxième diagramme de rayonnement associé ;
    • [Fig. 3] la figure 3 est une vue en perspective, de l'avant, de l'antenne principale et du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement ;
    • [Fig. 4] la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3, mais de l'arrière ;
    • [Fig. 5] la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 3, mais de côté ;
    • [Fig. 6] la figure 6 représente la couche supérieure et la couche inférieure du circuit imprimé du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement ;
    • [Fig. 7] la figure 7 représente un schéma électrique du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement ;
    • [Fig. 8] la figure 8 représente un graphique comprenant des courbes des paramètres S du circuit de commutation avec interrupteur SPST, dans le mode passant ;
    • [Fig. 9] la figure 9 est une figure similaire à la figure 8, dans le mode bloqué ;
    • [Fig. 10] la figure 10 représente l'intensité du champ magnétique, du champ électrique et de la directivité en champ lointain, pour différentes configurations de l'antenne principale et du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement ;
    • [Fig. 11] la figure 11 représente un graphique comprenant une courbe du taux de réflexion de l'antenne principale, une courbe du taux de réflexion de l'antenne PR, et une courbe du coefficient de transmission entre l'antenne principale et l'antenne PR ;
    • [Fig. 12] la figure 12 représente des coupes du diagramme de rayonnement selon différents plans, correspondant aux lignes 2, 4 et 6 du tableau 1 ;
    • [Fig. 13] la figure 13 représente des coupes du diagramme de rayonnement selon différents plans, correspondant aux lignes du tableau 2 ;
    • [Fig. 14] la figure 14 représente un circuit de commutation à diode ;
    • [Fig. 15] la figure 15 est une figure similaire à la figure 8, pour le circuit de commutation à diode ;
    • [Fig. 16] la figure 16 est une figure similaire à la figure 9, pour le circuit de commutation à diode ;
    • [Fig. 17] la figure 17 est une vue en perspective, de côté et de dessus, du support et du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement ;
    • [Fig. 18] la figure 18 est une vue de dessus du point d'accès, sans son capot supérieur ;
    • [Fig. 19] la figure 19 représentes des diagrammes de rayonnement du système MIMO à différentes fréquences et pour différentes configurations des états des dispositifs d'adaptation.
    DESCRIPTION DETAILLEE
  • En référence à la figure 1, le système radiofréquence 1 est ici intégré dans la partie supérieure d'un point d'accès 2 ayant une structure « en tour » et qui présente une forme générale cylindrique d'axe A1.
  • Le point d'accès 2 est par exemple un point d'accès Wi-Fi.
  • Le système radiofréquence 1 comprend ici un système d'antennes agencé pour fonctionner selon la technique MIMO.
  • Le système radiofréquence 1 permet de contrôler la forme du diagramme de rayonnement de ce système MIMO à l'aide d'un circuit externe au système d'antennes. Le contrôle de la forme du diagramme de rayonnement est réalisé sans intervenir sur les paramètres des composants radiofréquences connectés au système d'antennes (puces, modules frontaux (ou FEM, pour Front-End Modules), etc.), ni sur le système d'antennes lui-même. En particulier, le contrôle réalisé ne consiste ni à modifier le nombre de flux spatiaux, ni à définir le déphasage entre les signaux sur chaque antenne, ni à utiliser un nombre d'antennes précis et à choisir quelles antennes vont émettre et recevoir.
  • Le système radiofréquence 1 permet de créer une atténuation ou une augmentation du gain d'une antenne seule ou d'un système d'antennes dans une direction précise, sur commande, avec un système de réflexion à obstacle par polarisation. Ce contrôle n'agit pas sur le fonctionnement du système d'antennes et n'intervient pas sur les couches physiques de l'interface radio concernée, qui sont contrôlées par un processeur et autres puces électroniques avec des algorithmes spécifiques.
  • Le système radiofréquence 1 comprend une antenne principale ou un système d'antennes principales, et un dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement. Il peut, sur commande, présenter soit un premier diagramme de rayonnement, proche de celui de l'antenne ou du système d'antennes, soit un deuxième diagramme de rayonnement, différent du premier diagramme de rayonnement.
  • Le diagramme de rayonnement modifié présente un gain réduit ou augmenté dans au moins une direction prédéterminée.
  • On voit sur la figure 2 le point d'accès 2 et deux exemples typiques :
    • d'un premier diagramme de rayonnement 3a, 3b,
    • et du deuxième diagramme de rayonnement associé 4a, 4b.
  • On voit que les premiers diagrammes de rayonnement 3a, 3b sont quasi-isotropes, alors que les deuxièmes diagrammes de rayonnement 4a, 4b présentent des gains modifiés dans certaines directions.
  • Comme cela va être décrit, le système radiofréquence 1 permet :
    • d'obtenir un diagramme de rayonnement ayant une forme proche de celui de la ou des antennes « seules », lorsque le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement est désactivé ;
    • de déformer le ou les diagrammes de rayonnement sans altérer l'efficacité du système d'antennes, lorsque le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement est activé ;
    • d'éviter les parties mobiles ;
    • de piloter les diagrammes de rayonnement sur une large bande de fréquence.
  • On décrit maintenant plus précisément le système radiofréquence 1. Le système radiofréquence 1 comprend au moins une antenne principale (ici quatre) et, pour chaque antenne principale, un dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement adapté à ladite antenne principale.
  • En référence aux figures 3 à 7, on s'intéresse tout d'abord à un ensemble formé par une antenne principale 5 et le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 associé.
  • L'antenne principale 5 est une antenne TRX (antenne d'émission et de réception), de type antenne patch. Elle présente une forme plate et rectangulaire de longueur L1 et de largeur l1.
  • On nomme À la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de la bande passante sur laquelle cette antenne principale 5 est destinée à fonctionner.
  • La fréquence centrale est par exemple égale à 5800 MHz.
  • Lorsque le point d'accès 2, dans lequel est intégré le système radiofréquence 1, est positionné dans sa position nominale de fonctionnement (c'est-à-dire posé sur un support plat et horizontal), l'antenne principale 5 s'étend dans un plan vertical en étant orientée d'un angle α = 45° (c'est-à-dire qu'un axe A2, parallèle à la longueur de l'antenne principale, forme un angle de 45° avec un plan horizontal).
  • Le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 comprend un circuit imprimé 8. Son substrat est ici un substrat FR4.
  • Le circuit imprimé 8 a une forme générale rectangulaire dont les coins sont découpés.
  • Le circuit imprimé 8 a une longueur L2 et une largeur 12.
  • Deux brins rayonnants 10 sont imprimés sur une première couche (ici sur la couche supérieure) du circuit imprimé 8.
  • Les deux brins rayonnants 10 sont chacun de forme générale rectangulaire, et s'étendent successivement selon la longueur du circuit imprimé 8.
  • La longueur L3 de chaque brin rayonnant 10 est ici égale à λ/4. λ/4 est le quart d'onde de la fréquence centrale de la bande de fonctionnement de l'antenne principale.
  • Chaque brin rayonnant 10 est donc une piste imprimée relativement large. Les deux brins rayonnants 10 s'étendent chacun de part et d'autre d'un axe central A3 du circuit imprimé 8 s'étendant selon sa largeur.
  • Le côté (largeur) de chaque brin rayonnant 10 le plus proche dudit axe A3 a une forme générale triangulaire (orienté vers l'extérieur du brin). Une piste 11 s'étend depuis le sommet 12 dudit triangle puis fait un angle droit pour venir s'étendre parallèlement audit axe A3 en direction du bord 14 (longueur) du circuit imprimé 8. Des pistes de masse 15 s'étendent de chaque côté de la piste 11. La piste 11 et ses pistes de masse 15 forment un guide d'onde coplanaire 16.
  • Les guides d'onde coplanaires 16 sont des pistes 50 Q.
  • Les deux ensembles, formés chacun par un brin rayonnant 10 et un guide d'onde coplanaire 16, sont disposés symétriquement par rapport à l'axe A3.
  • Un circuit de commutation 17 est monté sur le circuit imprimé 8.
  • Le circuit de commutation 17 peut être piloté de sorte que :
    • lorsque le circuit de commutation 17 se trouve dans un état ouvert (mode bloqué, OFF), une circulation de courant entre les deux brins rayonnants 10 est bloquée et le système radiofréquence 1 présente un premier diagramme de rayonnement ;
    • lorsque le circuit de commutation 17 se trouve dans un état fermé (mode passant, ON), la circulation de courant entre les deux brins rayonnants 10 n'est pas bloquée de sorte que les deux brins rayonnants 10 forment une antenne dipôle demi-onde 18, le système radiofréquence 1 présentant alors un deuxième diagramme de rayonnement ayant, par rapport au premier diagramme de rayonnement, un gain augmenté ou diminué dans au moins une direction prédéterminée.
  • Le circuit de commutation 17 est ici un interrupteur SPST radiofréquence (SPST pour Single Pole Single Throw, ou interrupteur unipolaire unidirectionnel).
  • L'interrupteur SPST 17 comprend un premier port 20 connecté au brin rayonnant gauche 10, un deuxième port 21 connecté au brin rayonnant droite 10, un troisième port 22 (alimentation) et un quatrième port 23 (commande). Le premier port 20 et le deuxième port 21 peuvent donc être sélectivement connectés (état fermé) ou déconnectés (état ouvert), sur commande, via le quatrième port 23.
  • Lorsque la tension de commande Vc est égale à 0 V, l'interrupteur SPST 17 est dans l'état ouvert. Lorsque la tension de commande Vc est égale à 3,3 V, l'interrupteur SPST 17 est dans l'état fermé.
  • L'interrupteur SPST 17 permet donc d'établir ou de couper une liaison éléctromagnétique entre les deux brins rayonnants 10. Dans l'état fermé, il crée ainsi l'antenne dipôle demi-onde 18. Dans l'état ouvert, il laisse les brins rayonnants 10 comme des monopôles à très haute fréquence.
  • On a vu que les guides d'onde coplanaires 16 sont des pistes 50 Ω. L'interrupteur SPST 17 voit donc à son entrée et à sa sortie une impédance de 50 Ω.
  • Ceci est très avantageux. En effet, l'interrupteur SPST 17 qui est utilisé est un composant standard qui a été conçu pour un fonctionnement à 50 Ω (impédance standard pour les applications radiofréquences civiles). L'utilisation d'un composant standard est bien sûr intéressante du point de vue du coût du composant, mais aussi de sa disponibilité.
  • L'interrupteur SPST 17 fonctionne donc de manière optimale : il fait passer le signal avec une perte d'insertion minimale et il bloque le signal avec une atténuation maximale.
  • Si les guides d'onde coplanaires 16 n'étaient pas des pistes 50 Ω, l'interrupteur SPST 17 ne serait pas adapté en impédance et donc ses performances seraient détériorées.
  • On voit sur la figure 8 les courbes des paramètres S pour l'interrupteur SPST : Sij (courbe C1), Sji (courbe C2), Sii (perte de retour premier port : courbe C3), Sjj (perte de retour deuxième port: courbe C4), en mode passant. On voit sur la figure 9 les mêmes courbes, en mode bloqué : courbes C5, C6, C7, C8.
  • Le circuit imprimé 8 comprend de plus un réflecteur 25 imprimé sur le circuit imprimé 8. Le réflecteur 25 comprend une portion principale 26 qui s'étend sur la totalité de la longueur du circuit imprimé 8 en longeant le bord 14. Cette portion principale 26 comprend elle-même une partie centrale qui remonte vers le centre du circuit imprimé 8. La partie centrale du réflecteur 25 est située dans une portion centrale de la première couche, dans laquelle sont aussi positionnés les guides 16. Les brins rayonnants 10 s'étendent de part et d'autre de ladite portion centrale.
  • Le réflecteur 25 comprend en outre deux portions secondaires 27 qui s'étendent chacune depuis une extrémité distincte de la portion principale 26 en étant perpendiculaire à celle-ci.
  • Le réflecteur 25 est donc une piste dont la longueur est égale à celle du circuit imprimé 8, et qui est repliée d'une certaine manière sur les extrémités, avec un certain angle pour augmenter le niveau de réflectivité. Il faut également noter que plus cette piste est large, plus elle est réfléchissante. Ce design à été pensé pour satisfaire un compromis entre dimensions, complexité, volume et performance de la solution.
  • Le circuit imprimé 8 comprend de plus un plan de masse principal 28 imprimé sur une deuxième couche (ici sur la couche inférieure du circuit imprimé 8). Le plan de masse principal 28 est positionné dans une portion centrale de la deuxième couche, superposée avec la portion centrale de la première couche.
  • Les pistes de masse 15 des guides d'onde coplanaires 16, le plan de masse 29 de l'interrupteur SPST 17, ainsi que le réflecteur 25, sont connectés au plan de masse principal 28.
  • La deuxième couche du circuit imprimé comprend aussi une piste 30 connectée au troisième port 22 de l'interrupteur SPST 17 (alimentation) et une piste 31 connectée au quatrième port 23 de l'interrupteur SPST 17. Ces deux pistes 30, 31 se terminent chacune par une portion rectangulaire 32, 33, ayant un bord confondu avec le bord 14 du circuit imprimé 8. Un premier câble 34, sur lequel chemine une tension d'alimentation Vcc, est soudé sur la portion 32. Un deuxième câble 35, sur lequel chemine une tension de commande Vc, est soudé sur la portion 33.
  • On voit sur les figures 6 et 7 les capacités de découplage 36 entre le plan de masse principal 28 du circuit imprimé 8 et la portion 32 (tension d'alimentation), et entre le plan de masse principal 28 et la portion 33 (tension de commande).
  • Le point d'accès 2 comporte une carte mère 40 qui comprend des composants radiofréquences. L'antenne principale 5 est connectée à la carte mère via un câble coaxial 41 (50 Ω).
  • Le premier câble 34 et le deuxième câble 35 sont connectés à la carte mère 8.
  • La carte mère 40 comporte une unité d'alimentation 42 et une unité de traitement 43.
  • L'unité d'alimentation 42 fournit la tension d'alimentation Vcc à l'interrupteur SPST 17 (via le premier câble 34).
  • L'unité de traitement 43 fournit la tension de commande Vc à l'interrupteur SPST 17 (via le deuxième câble 35). C'est donc l'unité de traitement 43 qui pilote l'évolution du diagramme de rayonnement du système radiofréquence (passage du premier diagramme de rayonnement au deuxième diagramme de rayonnement, et inversement).
  • L'unité de traitement 43 comprend au moins un composant de traitement 43a, qui est par exemple un processeur « généraliste », un processeur spécialisé dans le traitement du signal (ou DSP, pour Digital Signal Processor), un microcontrôleur, ou bien un circuit logique programmable tel qu'un FPGA (pour Field Programmable Gate Arrays) ou un ASIC (pour Application Spécifie Integrated Circuit).
  • L'unité de traitement 43 comprend de plus une ou des mémoires 43b, reliées à ou intégrées dans le composant de traitement 43a. Au moins l'une de ces mémoires 43b forme un support d'enregistrement lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré au moins un programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le composant de traitement 43a à exécuter au moins certaines des étapes du procédé de pilotage qui suit.
  • L'unité de traitement 43 :
    • acquiert une consigne visant à configurer le diagramme de rayonnement du système radiofréquence 1 selon le premier diagramme de rayonnement ou le deuxième diagramme de rayonnement ;
    • produit une tension de commande Vc qui dépend de ladite consigne, et applique ladite tension de commande en entrée du circuit de commutation (ici sur le quatrième port 23 de l'interrupteur SPST 17.
  • On décrit maintenant une position optimale de l'antenne principale 5 et du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6.
  • L'antenne principale 5 s'étend dans un premier plan P1, et le circuit imprimé 8 s'étend dans un deuxième plan P2 perpendiculaire au premier plan P1.
  • Le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 est donc positionné perpendiculairement au-dessus de l'antenne principale 5.
  • Une première distance d1 entre l'antenne principale 5 et le circuit imprimé 8, selon un premier axe X1 passant par le premier plan P1 et perpendiculaire au deuxième plan P2, est égale à λ/8.
  • Une deuxième distance d2 entre l'antenne principale 5 et le circuit imprimé 8, selon un deuxième axe X2 contenu dans le deuxième plan et perpendiculaire au deuxième axe, est égale à λ/16.
  • Le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 est donc espacé de l'antenne principale 5 de λ/8 sur le plan vertical et λ/16 sur le plan horizontal d'une fréquence choisie (en calculant la longueur d'onde en espace libre avec εr et µr égal à 1).
  • L'antenne principale 5 et le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 sont reliés à une masse commune.
  • Cette masse commune est aussi une masse du point d'accès 2. Elle comprend une grille métallique 45 appartenant au châssis du point d'accès 2.
  • Pour cela, le système radiofréquence 1 comprend un contact de masse ressort 46, qui est fixé au plan de masse 28 du circuit imprimé 8 et à la grille métallique 45.
  • On décrit maintenant le principe de fonctionnement du système radiofréquence 1.
  • Lorsque l'interrupteur SPST 17 est dans l'état ouvert (mode bloqué), la circulation de courant entre les deux brins rayonnants 10 est bloquée et le système radiofréquence 1 présente un premier diagramme de rayonnement, qui est sensiblement celui de l'antenne principale 5 seule (il n'est pas parfaitement identique du fait de l'influence du circuit imprimé et des pistes imprimées sur celui-ci).
  • En effet, même si le système est conçu de sorte à réduire au maximum la surface occupée et à ce que les longueurs des éléments conducteurs soient différentes des longueurs d'ondes des fréquences utiles quand le système est en mode bloqué, il contient malgré tout des éléments conducteurs métalliques (brins 10, réflecteur 25, etc.), ce qui fait varier légèrement la forme du diagramme initial (cela dépend des fréquences).
  • Lorsque l'interrupteur SPST 17 est dans l'état fermé (mode passant) et que l'antenne principale 5 émet ou reçoit un signal radiofréquence, c'est-à-dire une onde électromagnétique, l'antenne dipôle 18 formée sur le circuit imprimé 8 du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 réceptionne partiellement le signal radiofréquence émis par l'antenne principale 5.
  • On peut alors considérer que le circuit imprimé 8 et ses composants se comportent comme une antenne passive que l'on appellera antenne PR pour (antenne Passive Réflectrice).
  • En émettant une onde électromagnétique, l'antenne principale 5 génère un champ électrique E et magnétique H dans l'espace autour d'elle avec une cartographie plus ou moins différente conformément à son diagramme de rayonnement.
  • Le champ électrique induit dans ce cas une tension dans l'antenne PR entre ses brins rayonnants 10, et le champ magnétique induit un courant de surface sur les mêmes parties conductrices rayonnantes. Cette tension et ce courant circulant sur l'antenne PR créent alors un champ électromagnétique, avec une cartographie spatiale différente régie par son diagramme de rayonnement. La combinaison des champs électromagnétiques générés par l'antenne principale et l'antenne PR crée un diagramme de rayonnement combiné avec une forme particulière orienté majoritairement selon une direction prédéterminée. Ce phénomène est complètement passif. Le design de l'antenne PR, dotée du réflecteur 25 imprimé sur le circuit imprimé 8, augmente la directivité du rayonnement combiné, car les ondes reçues sont réfléchies.
  • On voit sur la figure 10 les champs (champ magnétique, champ électrique et champ lointain) pour l'antenne principale 5 sans le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6, avec le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 en mode bloqué, et avec le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 en mode passant.
  • Le champ magnétique est maximal dans les zones Z1 (supérieur à 1 A/m). Le champ électrique est maximal dans les zones Z2 (supérieur à 300 V/m).
  • On voit qu'avec le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 en mode passant, le gain du diagramme de rayonnement augmente en direction du côté négatif de l'axe X, et diminue dans l'autre sens. Le trou 47 est accentué.
  • Le système radiofréquence 1 présente alors un deuxième diagramme de rayonnement ayant, par rapport au premier diagramme de rayonnement, un gain augmenté ou diminué dans au moins une direction prédéterminée.
  • L'efficacité de la réception de l'antenne PR dépend donc de plusieurs facteurs, tels que la distance entre les antennes, la position des deux antennes, l'orientation relative, les caractéristiques de rayonnement de l'antenne principale ainsi que les dimensions et les propriétés électriques de l'antenne PR.
  • Dans cette configuration, l'antenne PR agit donc essentiellement comme un récepteur et réflecteur passif qui peut capter une partie du signal émis et/ou reçu par l'antenne principale. Elle n'amplifie pas et n'améliore pas la qualité du signal.
  • On note que la proximité de l'antenne principale 5 et du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 modifie les caractéristiques de l'antenne principale 5, et cela d'une manière différente si le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 forme une antenne dipôle demi-onde réflectrice (interrupteur : état fermé) ou si les éléments métalliques formés par les brins rayonnants sont séparés (interrupteur : état ouvert).
  • L'efficacité de réflexion, les pertes d'énergie et les interactions électromagnétiques entre les antennes ont été prises en compte pour obtenir les performances souhaitées.
  • En référence à la figure 11, le taux de réflexion (return loss) de l'antenne principale 5 (courbe C9) est faible (inférieure à -10dB) sur une bande passante plus étendue que la bande passante utile 48 (bande de fréquence d'opération). Ceci permet d'anticiper un décalage fréquentiel dû à sa proximité avec l'antenne PR et d'éviter une baisse de son efficacité qui pourrait détériorer les performances de son rayonnement et qui pourrait détériorer les performances du point d'accès 2 à cause du niveau de réflexion conduit trop élevé.
  • La perte de retour de l'antenne PR (courbe C10) est également être faible (inférieure à -10dB) dans la bande de fréquence d'opération pour qu'elle puisse avoir l'impact voulu sur l'antenne principale.
  • Le coefficient de transmission (courbe C11) entre les deux antennes, c'est-à-dire le couplage, ne doit pas être trop fort pour ne pas trop impacter l'efficacité de l'antenne principale 5 et ne doit pas être trop faible pour créer une réelle distinction entre les deux états fermé / ouvert de l'interrupteur SPST 17.
  • Si le signal d'origine est déjà trop faible, l'isolation créée par l'interrupteur SPST 17 est peu utile.
  • Avantageusement, le coefficient de transmission entre l'antenne principale 5 et le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 est compris entre -15 dB et -6 dB.
  • Le tableau 1 (Annexe 1) illustre un exemple de comportement obtenu pour un système radiofréquence comprenant une antenne principale et le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement.
  • La première colonne (en partant de la gauche) correspond à la première distance entre l'antenne principale et le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement (selon l'axe X1). La quatrième ligne (en partant du haut) correspond à la position optimale précédemment décrite.
  • La deuxième colonne correspond à l'état de l'interrupteur SPST.
  • La troisième colonne donne les valeurs de la directivité pour les trois fréquences : 5180 MHz, 5500 MHz et 5800 MHz.
  • La quatrième colonne donne les offsets de directivité « relatifs » par rapport à l'état de l'interrupteur et à la position. La cinquième colonne donne l'efficacité et la sixième colonne les composantes du champ (en %).
  • On voit sur la figure 12 des coupes du diagramme de rayonnement (directivité) obtenues selon différents plans ; XZ, YZ et XY (les axes X, Y, Z sont visibles sur la figure 5) .
  • Le tableau 2 (Annexe 2) est un tableau similaire au tableau 1, si ce n'est que cette fois, dans la première colonne, c'est l'inclinaison de dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 qui varie.
  • On voit sur la figure 13 des coupes du diagramme de rayonnement obtenu selon différents plans ; XZ, YZ et XY.
  • On a indiqué ici que le circuit de commutation, c'est-à-dire l'élément polarisant du dispositif de réception/réflexion, est un interrupteur SPST.
  • Plusieurs autres solutions sont envisageables pour faire passer ou bloquer un signal radiofréquence en électronique, comme les circuits à base de diodes, de CMOS de MEMs, de circulateurs et Switch RF.
  • Le circuit de commutation ne comprend donc pas forcément un interrupteur SPST.
  • Cependant, plusieurs des alternatives envisageables ont des inconvénients difficilement contournables sur l'application visée à cause de l'environnement radiofréquence chargé, c'est à dire du fait de la concentration d'onde dans un volume restreint qui crée des champs électriques induisant des tensions sur des éléments métalliques chargés et des champs magnétiques qui créent des courants surfaciques d'une manière aléatoires sur ces mêmes éléments métalliques.
  • Le circuit de commutation peut par exemple être un circuit de commutation à diode.
  • En référence à la figure 14, le circuit de commutation 50 comprend un premier condensateur 51 ayant une première borne connectée aux brins rayonnants 10 et au réflecteur 25, une première inductance 52 ayant une première borne connectée à la deuxième borne du premier condensateur 51 et une deuxième borne connectée à la masse électrique. La cathode de la diode 53 est connectée à la deuxième borne du premier condensateur 51 (et à la première borne de la première inductance 52). L'anode de la diode 53 est connectée à une première borne du deuxième condensateur 54. La deuxième borne du deuxième condensateur 54 est connectée à la masse commune de l'équipement.
  • Le circuit comprend de plus une deuxième inductance 55 montée en série avec un résistance 56 et une source de tension 57. La deuxième inductance 55 a une première borne connectée à l'anode de la diode 53 et une deuxième borne connectée à la résistance 56.
  • Ce circuit présente certains désavantages : coût relativement élevé, difficulté à trouver dans le commerce des diodes radiofréquences à très faible capacitance couvrant une large bande de fréquences et supportant une puissance d'entrée élevée.
  • Par ailleurs, il est difficile de contrôler la tension de polarisation de la diode 53 sur un circuit très proche de plusieurs antennes émettant à une puissance supérieure à 20 dBm. Le risque de ce genre de montage est que la diode 53 soit polarisée en permanence, et donc soit passante ou bloquante en permanence, ce qui annule la fonction recherchée.
  • On voit sur la figure 15 les courbes des paramètres S pour le circuit de commutation à diode 50 : Sij (courbe C12), Sji (courbe C13), Sii (perte de retour port 1 : courbe C14), Sjj (perte de retour port 2 : courbe C15), en mode passant. On voit sur la figure 16 les mêmes courbes, en mode bloqué : courbes C16, C17, C18, C19.
  • En plus des contraintes citées précédemment liées à l'utilisation des diodes, en comparant les figures 8, 9 et 15, 16, il est clairement visible que les pertes d'insertion sont plus élevées sur le circuit à diode 50 (presque 3 dB en milieu de bande utile, c'est-à-dire que presque 50% de la puissance du signal transitant par le circuit est perdue) et l'isolation est autour de 23 dB, ce qui n'est pas optimal par rapport à l'interrupteur SPST 17 dont les pertes d'insertion sont à 0,7 max et l'isolation est plus élevée de 10dB (34dB).
  • L'interrupteur SPST 17, de plus, se trouve facilement dans le commerce. Ses caractéristiques sont connues et plus intéressantes pour la présente application. Ce composant agit comme un interrupteur pouvant laisser passer un signal radiofréquence avec une perte d'insertion faible ou le bloquer avec une isolation autour de 30dB sur la bande 5 à 6GHz. Il peut supporter une puissance d'entrée maximum de 30dBm, ce qui est largement suffisant.
  • On s'intéresse maintenant, en référence à la figure 17, à l'intégration mécanique du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6.
  • L'antenne principale 5 et le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 sont montés sur un même support 60 fabriqué en plastique (en une seule pièce).
  • Le support 60 comporte une première partie 61 permettant d'accueillir l'antenne principale et de la maintenir dans la position telle que représentée sur les figures 3 à 5.
  • Le support 60 comporte une deuxième partie 62 permettant d'accueillir le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement.
  • La deuxième partie comporte une surface plane 63, de forme générale rectangulaire, ayant sensiblement les mêmes dimensions que le circuit imprimé 8. La deuxième partie 62 comporte aussi un ensemble de languettes comprenant chacune une première portion qui s'étend perpendiculairement à la surface plane 63 et depuis un bord de celui-ci, et une deuxième portion qui s'étend perpendiculairement à la première portion et vers l'intérieure de la surface plane 63.
  • L'ensemble de languettes comprend, pour le bord 64 (longueur de la surface plane) de la surface plane, une languette 65 située à peu près au centre dudit bord et de longueur réduite, une languette 66 située proche du bord 67 (largeur de la surface plane 63), elle aussi de longueur réduite. L'ensemble de languettes comprend aussi une languette 68 qui s'étend sur toute la longueur du bord 69 (largeur de la surface plane) et qui se prolonge sur une portion de la longueur du bord 70 (longueur de la surface plane) proche de la moitié de celle-ci.
  • Un doigt flexible 71, comprenant une portion courante plane, est défini dans l'épaisseur de la surface plane 63. Le doigt 71 a une extrémité fixée à la surface plane 63 et une extrémité libre depuis laquelle s'étend un crochet 72 qui vient saillir perpendiculairement à la surface plane 63 au niveau du bord 67.
  • Le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 est installé manuellement dans le support 60 de la manière suivante. Le circuit imprimé 8 est inséré dans le support 60 en étant introduit par le bord 67 de la surface plane 63, et en appuyant sur le crochet 72. Le circuit imprimé 8 glisse dans l'espace formé entre la surface plane 63 et les deuxièmes portions des languettes. Lorsqu'il est entièrement inséré, le crochet 72 n'est plus enfoncé et saille au niveau du bord 75 du circuit imprimé 8 à l'extérieur de celui-ci et en s'appuyant contre celui-ci, ce qui maintient en place le circuit imprimé 8. L'insertion du circuit imprimé 8 dans le support est donc réalisé via une liaison glissière (réalisée grâce aux languettes), et son maintien est réalisé via un emboîtage élastique (réalisé par le doigt flexible 71).
  • Le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 peut donc être inséré dans son support et désinséré manuellement.
  • En référence à la figure 18, le point d'accès 2 comprend une pluralité de systèmes radiofréquences 1 tels que précédemment décrits, les antennes principales 5 desdits systèmes radiofréquences étant agencées pour fonctionner selon la technique MIMO.
  • Ici, le point d'accès comporte quatre systèmes radiofréquences 1.
  • On voit que le support 60 précédemment évoqué a une forme octogonale. Il porte les quatre antennes principales 5 et les quatre dispositifs d'adaptation de diagramme de rayonnement 6.
  • Le support plastique 60 comprend quatre grandes faces 81 et quatre petites faces 82 reliant lesdites grandes faces 81.
  • Chaque système radiofréquence 1, comprenant une antenne principale 5 et un dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6, est associé à une grande face distincte 81. Pour chaque grande face 81, le support 60 est agencé de sorte que l'antenne principale 5 s'étend à l'extérieur du support 60 en étant orientée à 45° et en étant plaquée contre la paroi externe de ladite grande face 81, alors que le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement 6 est situé à l'intérieur du support 60 (le bord 64 de la surface plane 63 longe la paroi interne de ladite grande face 81).
  • Le tableau 3 de l'annexe 3 liste différents cas correspondant chacun à une combinaison distincte des modes des dispositifs d'adaptation de diagramme de rayonnement.
  • Par exemple, le cas 0 correspond à un cas où les dispositifs d'adaptation de diagramme de rayonnement ne sont pas montés, le cas 1 correspond à un cas où les dispositifs d'adaptation de diagramme de rayonnement sont montés mais sont tous dans le mode bloqué, et le cas 3 correspond à un cas où les dispositifs d'adaptation sont montés et sont tous dans le mode passant.
  • On note que, pour le tableau 3, les paramètres NHPRP (Near Field Horizontal Partial Radiated Power) à +/-45° et à +/-30° ont été calculés en utilisant les équations suivantes (équations B.11 et B.12 de la section B.3.2 de la CTIA v3.8.) : NHPRP 45 = 1 4 π ∫ θ = π / 4 3 π / 4 ∫ Φ = 0 2 π EiRP θ θ Φ + EiRP Φ θ Φ sin θ d θ d Φ
    Figure imgb0001
     NHPRP 30 = 1 4 π ∫ θ = π / 3 2 π / 3 ∫ Φ = 0 2 π EiRP θ θ Φ + EiRP Φ θ Φ sin θ d θ d Φ
    Figure imgb0002
  • On voit sur la figure 19, pour les fréquences 2437 MHz, 5500 MHz et 5800 MHz, les diagrammes de rayonnement résultants associés. On distingue par exemple nettement pour le cas 3 à 5800 MHz l'augmentation du gain dans la direction de l'axe Y (dans les deux sens).
  • Bien entendu, les différents modes de réalisation ne sont pas limités aux modes de réalisation et exemples décrits mais englobent toutes variantes entrant dans le champ de l'invention.
  • Dans d'autres exemples, les caractéristiques du réflecteur sont telles que le réflecteur est adapté pour contrôler le diagramme de rayonnement de l'antenne principale pour différentes fréquences centrales associées respectivement à différentes bandes de fonctionnement, telles que les bandes de fonctionnement comprises dans la bande dite « 6 GHz » du protocole Wi-Fi 6E.
  • Le réflecteur pourrait avoir une forme différente, pour un niveau de réflectivité encore plus élevé.
  • Il est également possible d'élargir le circuit imprimé afin d'ajouter une série de réflecteurs (pour obtenir une antenne de type antenne Yagi par exemple) de manière à augmenter la directivité naturelle du diagramme de rayonnement du dipole demi-onde.
  • Les coins du circuit imprimé du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement ne sont pas nécessairement découpés.
  • On a décrit que l'antenne principale est positionnée dans un plan vertical en étant orientée de manière à former un angle de 45° avec un plan horizontal. Le système radiofréquence peut être mis en oeuvre quelles que soient la position et l'orientation de l'antenne principale. La position optimisée du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement par rapport à l'antenne principale, qui a été décrite plus tôt, est une position relative par rapport à la position et à l'orientation de l'antenne.
  • L'ensemble des valeurs numériques fournies sont données à titre d'exemple. La fréquence de l'antenne principale, par exemple, pourrait être différente des fréquences citées ici.
  • Le système radiofréquence peut comprendre un nombre d'antennes principales quelconque.
  • La forme du point d'accès pourrait être différente. Il pourrait s'agir par exemple d'une forme cylindrique de section rectangulaire ou carrée, avec éventuellement des coins arrondis.
  • Le système radiofréquence peut être intégré dans tout type d'équipement qui met en oeuvre une communication radiofréquence.
    • ANNEXES Annexe 1 : tableau 1
  • Le tableau 1 est divisé ici en deux tableaux : 1A, 1B (qui forment un même tableau) tableau 1A
    Etat Directivité totale (dB) Offset Directivité Totale (dB) Efficacité (dB)
    5180 MHz 5500 MHz 5800 MHz 5180 MHz 5500 MHz 5800 MHz 5180 MHz 5500 MHz 5800 MHz
    Relatif switch mode Relatif Positio n Relatif switch mode Relatif Positio n Relatif switch mode Relatif Positio n
    +10 mm ON 5 5.6 5.6 -1 1.3 -0.5 0.7 0 0.8 -0.36 -0.26 -0.34
    OFF 6 6.1 5.6 -1.4 -0.9 0.2 -0.31 -0.27 -0.43
    +5 mm ON 5.5 6 5.5 -0.3 0.8 0 0.3 0.1 0.9 -0.53 -0.35 -0.53
    OFF 5.8 6 5.4 -1.2 -0.8 0.4 -0.32 -0.31 -0.53
    Position Initiale 0 mm ON 6.3 6.3 6.4 17 1.1 0.6 -1.58 -0.74 -0.65
    OFF 4.6 5.2 5.8 -0.3 -0.38 -0.81
    -5 mm ON 5.4 5.4 4.6 0.5 0.9 0.7 0.9 -0.8 18 -1.98 -0.7 -0.6
    OFF 4.9 4.7 5.4 -0.3 0.5 0.4 -0.36 -0.49 -1.36
    -10 mm ON 5.6 4.8 5.5 1 0.7 0.3 1.5 -0.3 0.9 -0.57 -0.33 -0.44
    OFF 4.6 4.5 5.8 0 0.7 0 -0.39 -0.49 -1.27
    tableau 1B
    Le tableau 1B ci-dessous comprend des colonnes normalement positionnées à droite du tableau 1A (ainsi, pour la fréquence 5180 MHZ, les valeurs 50.7 et 49.3 sont associées à la ligne « + 10 mm ON », les valeurs 55 et 45 sont associées à la ligne « + 10mm OFF », etc.
    Polarisation
    5180 MHz 5500 MHz 5800 MHz
    Eθ Eφ Eθ Eφ Eθ Eφ
    50.7 49.3 51.5 48.5 54.4 45.6
    55 45 55.4 44.6 55.6 44.4
    51.2 48.8 50.4 49.6 51.7 48.3
    53.6 46.4 54.8 45.6 55.5 44.5
    53.3 46.7 51.5 48.5 52.0 48.0
    52.3 47.7 52.9 47.1 55.5 44.5
    58.2 41.8 54.6 45.4 53.4 46.6
    53.5 46.5 52.4 47.6 56.5 43.5
    55.8 44.2 54.6 45.4 54.1 45.9
    58.3 41.7 58 42 58.6 41.4
    Annexe 2 : tableau 2
    Etat Directivité Totale (dB) Directivité Totale Offset (dB) Efficacité (dB) Polarisation
    5180 MHz 5500 MHz 5800 MHz 5180 MHz 5500 MHz 5800 MHz 5180 MHz 5500 MHz 5800 MHz 5180 MHz 5500 MHz 5800 MHz
    Relatif switch mode Relatif Positio n Relatif switch mode Relatif Positio n Relatif switch mode Relatif Positio n Eθ Eϕ Eθ Eϕ Eθ Eϕ
    Inclinaison +30° ON 6 62 6 0.4 -0.3 0.6 -0.1 0.6 -0.4 -0.33 -0.26 -0.36 51.2 48.8 50.7 49.3 53.1 46.9
    OFF 5.6 5.6 5.4 1 0.4 -0.4 -0.22 -0.2 -0.3 52.7 47.3 52.2 47.8 54.4 45.6
    Pos Initial
    0 mm     		ON 6.3 6.3 6.4 1.7 1.1 0.6 -1.58 -0.74 -0.65 53. 3 46. 7 51.5 48.5 52. 2 47.8
    OFF 4.6 5.2 5.8 -0.3 -0.38 -0.81 52. 3 47. 7 52.9 47.1 55. 5 44.5
    Inclinaison -30° ON 6.5 67 6.4 16 0.2 0.75 0.4 1 0 -1.24 -0.56 -0.54 52.1 47.9 52.5 47.5 52.6 47.4
    OFF 4.9 5.95 5.4 0.3 0.75 -0.4 -0.34 -0.71 -1 52.7 47.3 53 47 52.8 47.2
    Annexe 3 : tableau 3
    Case Switch Mode Gain (dBi) NHPRP (%)
    Switch 1 Switch 2 Switch 3 Switch 4 ANT1 ANT2 ANT3 ANT4 UGC +/- 45° +/- 30°
    0 NM NM NM NM 5 5.5 5.3 5.6 2.3 70 50
    1 OFF OFF OFF OFF 4.9 5.4 5.1 5.2 2.3 69 50
    2 OFF ON OFF OFF 4.5 6.6 5.1 5.1 2.2 76 54
    3 ON ON ON ON 6.9 6.6 6.9 6.4 2.2 80 58
    4 ON ON OFF OFF 6.9 6.6 5.1 5.1 2.3 77 56
    5 ON ON ON OFF 6.9 6.5 6.9 5.1 2.45 78 57

Claims (17)

  1. Système radiofréquence (1) comportant une antenne principale (5) et un dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement (6) comprenant un circuit imprimé (8) sur lequel sont imprimés deux brins rayonnants (10) et un réflecteur (25), et sur lequel est monté un circuit de commutation (17) relié aux deux brins rayonnants et agencé pour être piloté de sorte que :
    - lorsque le circuit de commutation se trouve dans un mode bloqué, une circulation de courant entre les deux brins rayonnants (10) est bloquée et le système radiofréquence (1) présente un premier diagramme de rayonnement ;
    - lorsque le circuit de commutation se trouve dans un mode passant, la circulation de courant entre les deux brins rayonnants (10) n'est pas bloquée de sorte que les deux brins rayonnants forment une antenne dipôle demi-onde (18), le système radiofréquence (1) présentant alors un deuxième diagramme de rayonnement ayant, par rapport au premier diagramme de rayonnement, un gain augmenté ou diminué dans au moins une direction prédéterminée.
  2. Système radiofréquence selon la revendication 1, dans lequel l'antenne principale (5) s'étend dans un premier plan (PI), et dans lequel le circuit imprimé (8) du dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement (6) s'étend dans un deuxième plan (P2) perpendiculaire au premier plan (P1).
  3. Système radiofréquence selon la revendication 2, dans lequel une première distance (d1) entre l'antenne principale (5) et le circuit imprimé (8), selon un premier axe (X1) appartenant au premier plan et perpendiculaire au deuxième plan, est égale à λ/8, et dans lequel une deuxième distance (d2) entre l'antenne principale et le circuit imprimé, selon un deuxième axe (X2) appartenant au deuxième plan et perpendiculaire au premier axe, est égale à λ/16.
  4. Système radiofréquence selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un coefficient de transmission entre l'antenne principale (5) et le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement (6) est compris entre -15 dB et -6 dB.
  5. Système radiofréquence selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les deux brins rayonnants (10) s'étendent successivement selon une longueur du circuit imprimé (8), et dans lequel le réflecteur (25) comprend une portion principale (26) qui s'étend sur la totalité de ladite longueur.
  6. Système radiofréquence selon la revendication 5, dans lequel le réflecteur (25) comprend en outre deux portions secondaires (27) qui s'étendent chacune depuis une extrémité distincte de la portion principale en étant perpendiculaire à celle-ci.
  7. Système radiofréquence selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque brin rayonnant (10) est connecté au circuit de commutation (17) par un guide d'onde coplanaire (16).
  8. Système radiofréquence selon la revendication 7, dans lequel :
    - les brins rayonnants (10), le réflecteur (25), les guides d'onde coplanaires (16) et le circuit de commutation (17) sont situés sur une première couche du circuit imprimé (8), les guides d'onde coplanaires et le circuit de commutation étant positionnés dans une portion centrale de la première couche, les brins rayonnants (10) s'étendant de part et d'autre de ladite portion centrale ;
    - le circuit imprimé comprend un plan de masse principal (28) imprimé sur une deuxième couche du circuit imprimé, le plan de masse principal étant situé dans une portion centrale de la deuxième couche ;
    - des pistes de masse (15) des guides d'onde coplanaires (16), un plan de masse (29) du circuit de commutation (17), ainsi que le réflecteur (25), étant connectés au plan de masse principal (28).
  9. Système radiofréquence selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de commutation comprend un interrupteur unipolaire unidirectionnel (17).
  10. Système radiofréquence selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un support (60) en une seule pièce comprenant une première partie (61) agencée pour porter l'antenne principale (5) et une deuxième partie (62) agencée pour porter le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement (6), la deuxième partie (62) étant agencée pour pouvoir insérer et désinsérer manuellement le dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement (6).
  11. Système radiofréquence selon l'une des revendications précédentes, comprenant une pluralité d'antennes principales (5) associées chacune à un dispositif d'adaptation de diagramme de rayonnement (6) distinct.
  12. Système radiofréquence selon la revendication 11, les antennes principales étant agencées pour fonctionner selon la technique MIMO.
  13. Equipement comprenant un système radiofréquence selon l'une des revendications précédentes.
  14. Equipement selon la revendication 13, l'équipement étant un point d'accès.
  15. Procédé de pilotage, mis en oeuvre par une unité de traitement (43) d'un équipement selon l'une des revendications 13 ou 14, et comprenant les étapes de :
    - acquérir une consigne visant à configurer un diagramme de rayonnement du système radiofréquence selon le premier diagramme de rayonnement ou le deuxième diagramme de rayonnement ;
    - produire une tension de commande qui dépend de ladite consigne, et appliquer ladite tension de commande en entrée du circuit de commutation.
  16. Programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent une unité de traitement de l'équipement selon l'une des revendications 13 ou 14 à exécuter les étapes du procédé de pilotage selon la revendication 15.
  17. Support d'enregistrement lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur selon la revendication 16.
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