FR2829621A1

FR2829621A1 - Tire pressure reading antenna vehicle transmitter having small dimensions compared wavelength using small earth plane secondary earth plane large dimensions coupled forming intermediate earth plane

Info

Publication number: FR2829621A1
Application number: FR0111844A
Authority: FR
Inventors: Jacques Lourdou
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2003-03-14
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: FR2829621B1

Abstract

The antenna radiating element (6) has a small dimension with respect to a wavelength earth plane (5) and coupled to a secondary earth plane (9,1) of large dimensions. The earth coupling allows a large size intermediate earth plane to be created.

Description

Le domaine de l'invention est celui des antennes à élément rayonnant relié à un plan de masse, destinées à fonctionner dans des plages de fréquences relativement basses, par exemple de 20 MHz à 10 GHz, à la rigueur 100 MHz à 1 GHz, comme on en utilise notamment sur des véhicules (terrestres ou aériens), par exemple pour transmettre au calculateur de bord les données des capteurs de pression des pneumatiques des roues, mais de petites dimensions par rapport à la longueur d'onde. The field of the invention is that of radiating element antennas connected to a ground plane, intended to operate in relatively low frequency ranges, for example from 20 MHz to 10 GHz, strictly speaking 100 MHz to 1 GHz, such as it is used in particular on vehicles (land or air), for example to transmit to the on-board computer the data of the pressure sensors of the tires of the wheels, but of small dimensions compared to the wavelength.

Or le rendement de telles antennes dépend directement de la surface de leur plan de masse. Plus elles sont petites, moins leur rendement est bon. A 434 MHz, par exemple, l'idéal serait d'avoir un plan de masse de Â/4 de côté ou de diamètre, soit environ 20 cm, ce qui n'est pas possible. However, the performance of such antennas depends directly on the surface of their ground plane. The smaller they are, the poorer their yield. At 434 MHz, for example, the ideal would be to have a ground plane of Â / 4 side or diameter, or about 20 cm, which is not possible.

Voilà donc le problème posé que la demanderesse s'est attachée à résoudre et qui lui fait aujourd'hui proposer son invention. This, then, is the problem posed that the plaintiff sought to solve and which today makes it propose its invention.

L'invention concerne ainsi une antenne à élément rayonnant relié à un plan de masse de petites dimensions par rapport à la longueur d'onde, caractérisée par le fait que le plan de masse relié à l'élément rayonnant est couplé à un plan de masse secondaire de plus grandes dimensions créant pour l'élément rayonnant un plan de masse équivalent intermédiaire. The invention thus relates to an antenna with a radiating element connected to a ground plane of small dimensions relative to the wavelength, characterized in that the ground plane connected to the radiating element is coupled to a ground plane. secondary of larger dimensions creating for the radiating element an intermediate equivalent ground plane.

Ainsi, on a fait croître par couplage la surface du plan de masse et donc le rendement de l'antenne. On l'a également augmenté, du fait que, quand ce grand plan de masse secondaire métallique est naturellement présent, le petit plan de masse auquel est effectivement relié l'élément rayonnant forme écran entre cet élément rayonnant et le grand plan de masse secondaire pour diminuer le couplage entre eux, préjudiciable au rendement. Thus, the area of the ground plane and therefore the efficiency of the antenna was increased by coupling. It has also been increased, because, when this large metallic secondary ground plane is naturally present, the small ground plane to which the radiating element is effectively connected forms a screen between this radiating element and the large secondary mass plane for decrease the coupling between them, detrimental to performance.

Dans le cas d'un capteur de pression de pneumatique et donc d'une antenne d'émission, le plan de masse secondaire peut comporter le fond de l'évidement de la jante de roue. In the case of a tire pressure sensor and therefore of a transmitting antenna, the secondary ground plane may comprise the bottom of the recess of the wheel rim.

Pour reprendre l'exemple évoqué ci-dessus, à 434 MHz, un fonctionnement correct de l'antenne de l'invention est obtenu avec un petit plan de masse auquel est relié l'élément rayonnant d'une surface de 40 x 25 mm. To use the example mentioned above, at 434 MHz, correct operation of the antenna of the invention is obtained with a small ground plane to which the radiating element with a surface of 40 × 25 mm is connected.

Dans le cas d'une antenne de réception de données pour le calculateur d'habitacle, le plan de masse secondaire peut comporter le toît du véhicule. In the case of a data reception antenna for the passenger compartment computer, the secondary ground plane may include the roof of the vehicle.

Dans la forme de réalisation préférée de l'antenne de l'invention, l'élément rayonnant est un élément conducteur, un fil ou un ruban, enroulé en spirale, l'antenne étant ainsi de type sabre enroulé. Ainsi, l'élément rayonnant peut avoir une longueur de /4, mais dans un encombrement beaucoup plus faible, comme on l'a vu plus haut. In the preferred embodiment of the antenna of the invention, the radiating element is a conductive element, a wire or a ribbon, wound in a spiral, the antenna thus being of the wound saber type. Thus, the radiating element can have a length of / 4, but in a much smaller footprint, as we saw above.

De préférence, le plan de masse auquel est relié l'élément rayonnant et le plan de masse secondaire sont couplés par effet capacitif, avantageusement, dans des conditions de rayonnement monodirectionnel en cas d'antenne d'émission, de rayonnement omnidirectionnel, en cas d'antenne de réception. Preferably, the ground plane to which the radiating element is connected and the secondary ground plane are coupled by capacitive effect, advantageously, under conditions of unidirectional radiation in the case of transmitting antenna, of omnidirectional radiation, in the event of 'reception antenna.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de deux formes de réalisation de l'antenne de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en perspective de l'antenne, utilisée en émission pour un capteur de pression de pneumatique de véhicule automobile et - la figure 2 est une vue en perspective de l'antenne, dans une forme de réalisation double, utilisée en réception pour discriminer les capteurs de pression des roues d'un véhicule automobile. The invention will be better understood using the following description of two embodiments of the antenna of the invention, with reference to the appended drawing, in which - FIG. 1 is a perspective view of the antenna, used in transmission for a tire pressure sensor of a motor vehicle and - Figure 2 is a perspective view of the antenna, in a double embodiment, used in reception to discriminate the pressure sensors of the wheels of a vehicle automobile.

Schématiquement, la jante métallique d'une roue de véhicule automobile est constituée de deux disques 1, 2, avec un évidemment central cylindrique 3 sur chacun, réunis par une bande torique 4. Schematically, the metal rim of a motor vehicle wheel consists of two discs 1, 2, with a central cylindrical recess 3 on each, joined by an O-ring strip 4.

Dans l'évidemment central 3 du disque externe 1 de la jante, on a placé, pour être associée à un capteur de pression, non représenté, une antenne de type sabre enroulé, avec son plan de masse 5 et l'élément rayonnant 6 ici constitué d'un fil conducteur enroulé en spirale dans un plan parallèle au plan de masse 5, avec une portion de fil 7 de liaison au plan de masse qui est perpendiculaire à ce plan. A proximité de cette portion de liaison 7, en un point E, le fil enroulé est relié à un connecteur d'excitation, non représenté, par un brin 8, sensiblement parallèle à la partie de liaison 7 de l'élément rayonnant. In the central recess 3 of the outer disc 1 of the rim, there has been placed, to be associated with a pressure sensor, not shown, a wound saber type antenna, with its ground plane 5 and the radiating element 6 here. consisting of a conductive wire wound in a spiral in a plane parallel to the ground plane 5, with a portion of wire 7 connecting to the ground plane which is perpendicular to this plane. Near this connection portion 7, at a point E, the wound wire is connected to an excitation connector, not shown, by a strand 8, substantially parallel to the connection part 7 of the radiating element.

Par effet capacitif, le plan de masse 5 est couplé au fond 9 de l'évidemment 3 de la jante et finalement à une bonne partie du disque 1 de la jante, sur une surface notablement plus étendue que celle du seul petit plan de masse 5 de l'antenne. By capacitive effect, the ground plane 5 is coupled to the bottom 9 of the recess 3 of the rim and finally to a good part of the disc 1 of the rim, over a surface which is considerably larger than that of the single small ground plane 5 of the antenna.

Pour fixer les idées, le plan de masse 5, ici rectangulaire, a une surface de (40 x 25) mm2, l'élément rayonnant 6 se trouvant à une distance de ce petit plan de masse de 4 à 15 mm. To fix the ideas, the ground plane 5, here rectangular, has a surface of (40 x 25) mm2, the radiating element 6 being at a distance from this small ground plane of 4 to 15 mm.

Le couplage du petit plan de masse 5 de l'antenne et du grand plan de masse que constitue la jante crée, pour l'élément rayonnant 6, un plan de masse équivalent, de surface intermédiaire entre celles des deux plans de masse couplés, propice à un rendement satisfaisant de l'antenne. De surcroît, le petit plan de masse 5 forme écran entre l'élément rayonnant 6 et la jante, ce qui est également propice à un bon rendement. The coupling of the small ground plane 5 of the antenna and the large ground plane that constitutes the rim creates, for the radiating element 6, an equivalent ground plane, of intermediate surface between those of the two coupled ground planes, suitable to satisfactory antenna performance. In addition, the small ground plane 5 forms a screen between the radiating element 6 and the rim, which is also conducive to good performance.

On notera que pour des raisons d'étanchéité, il n'est pas raisonnable de vouloir directement relier l'élément rayonnant à la jante pour faire de celleci l'unique plan de masse de l'antenne, de grandes dimensions. It will be noted that for sealing reasons, it is not reasonable to want to directly connect the radiating element to the rim to make it the sole ground plane of the antenna, of large dimensions.

De façon simple, l'ensemble de l'antenne, avec son plan de masse et son élément rayonnant, est disposé dans un boîtier monté sur le disque de jante par l'intermédiaire d'un goujon fixé et à la jante et au boîtier, les isolements nécessaires étant naturellement ménagés. In a simple manner, the whole of the antenna, with its ground plane and its radiating element, is arranged in a box mounted on the rim disc by means of a stud fixed to the rim and to the box, the necessary isolations are naturally provided.

Le dessin de la figure 2 illustre une réalisation particulière dans laquelle deux éléments rayonnants 16,26, analogues à l'élément rayonnant 6, sont reliés à un même plan de masse 15 en étant toutefois séparés l'un de l'autre par une cloison 17 formant écran, perpendiculaire au plan 15. The drawing of FIG. 2 illustrates a particular embodiment in which two radiating elements 16, 26, similar to the radiating element 6, are connected to the same ground plane 15, however being separated from each other by a partition. 17 forming a screen, perpendicular to the plane 15.

Pour le reste et chacun des éléments rayonnants, les caractéristiques de cette antenne double sont quasiment les mêmes que celles de l'antenne simple, à la différence près que les plans de masse sont couplés pour un diagramme omnidirectionnel. Grâce à la cloison 17 d'isolement des lobes, en fait, le diagramme de rayonnement de chaque élément rayonnant ne s'étend que dans un demi-espace. For the rest and each of the radiating elements, the characteristics of this double antenna are almost the same as those of the single antenna, with the difference that the ground planes are coupled for an omnidirectional diagram. Thanks to the lobe isolation partition 17, in fact, the radiation pattern of each radiating element extends only in a half-space.

Une telle antenne double sera utilisée en antenne de réception des données de quatre capteurs de pression des quatre roues (21-24) d'un véhicule automobile, pour les discriminer les unes des autres, en décalant le plan de la cloison 17 par rapport au plan médian longitudinal 18 du véhicule, non seulement pour décaler les niveaux moyens de réception des deux roues d'un même côté, droit ou gauche, sur l'élément rayonnant correspondant- élément rayonnant droit 16 et roue avant droite 22 et roue arrière droite 24, Such a double antenna will be used as an antenna for receiving data from four pressure sensors of the four wheels (21-24) of a motor vehicle, in order to discriminate them from each other, by shifting the plane of the partition 17 relative to the longitudinal median plane 18 of the vehicle, not only for shifting the average reception levels of the two wheels on the same side, right or left, on the corresponding radiating element - right radiating element 16 and right front wheel 22 and right rear wheel 24 ,

d'une part, et élément rayonnant gauche 26 et roue avant gauche 21 et roue arrière gauche 23, d'autre part-mais pour également décaler les niveaux moyens de réception des deux roues avant ou arrière sur l'un des éléments rayonnants. Ainsi, le niveau moyen de réception du capteur de la roue avant droite 22 sur l'élément rayonnant 16 sera notablement plus élevé que le niveau moyen de réception du capteur de la roue avant gauche 21 et inversement. on the one hand, and left radiating element 26 and left front wheel 21 and left rear wheel 23, on the other hand - but also to shift the average reception levels of the two front or rear wheels on one of the radiating elements. Thus, the average level of reception of the sensor of the right front wheel 22 on the radiating element 16 will be notably higher than the average level of reception of the sensor of the left front wheel 21 and vice versa.

Claims

CLAIMS 1. - Antenna with radiating element (6) connected to a ground plane (5) of small dimensions compared to the wavelength, characterized in that the ground plane (5) connected to the radiating element (6) is coupled to a secondary ground plane (9, 1) of larger dimensions creating for the radiating element (6) an intermediate equivalent ground plane.

2. Antenna according to claim 1, in which the secondary ground plane comprises the bottom (9) of the recess (3) of the rim (1, 2) of a motor vehicle wheel.

3. Antenna according to claim 1, in which the secondary ground plane comprises the roof of a motor vehicle.

4.-antenna according to one of claims 1 to 3, wherein the radiating element (6) is a spirally wound element giving the antenna a wound saber type.

5.-antenna according to one of claims 1 to 4, wherein the ground plane (5) to which is connected the radiating element (6) and the secondary ground plane (9) are coupled by capacitive effect.

6.-antenna according to one of claims 1 to 5, wherein the ground plane (15) are connected two radiating elements (16,26) separated by a partition (17) for lobe isolation.