Titre : Module d'antenne pour véhicule

Domaine technique

La présente invention concerne le domaine des antennes pour véhicules routiers, et vise plus particulièrement un module d'antenne verticale intégré dans un aileron de toit d'un véhicule.

Art antérieur

De nos jours, les véhicules routiers sont de plus en plus souvent équipés d'antennes de toit compactes configurées pour permettre l'échange de données entre le véhicule et des réseaux de communication Wi-Fi ou cellulaires, la réception de programmes radio ou encore la réception de signaux transmis par des satellites de géolocalisation GNSS (Global Navigation Satellite System). Ces antennes sont généralement qualifiées d'antennes intelligentes car elles comprennent les circuits de traitement des signaux en plus des antennes proprement dites.

Les antennes pour véhicules automobiles de ce type sont classiquement logées dans un boîtier d'antenne localisé sur le toit du véhicule et protégées par un capot, par exemple un capot en forme d'aileron, monté sur un socle. Le module d'antenne comprend un premier circuit imprimé horizontal, sur lequel est disposé verticalement au moins un deuxième circuit imprimé comprenant un ou plusieurs motifs d'antenne particuliers. Le deuxième circuit imprimé constitue l'antenne proprement dite qui peut être électriquement connecté à une face du premier circuit par l'intermédiaire d'un connecteur fixé à la première carte, formant une pince dans laquelle la deuxième carte est insérée. Un tel mode de connexion entre le premier et le deuxième circuit est toutefois encombrant et coûteux.

Alternativement, le deuxième circuit peut être connecté au premier circuit par soudure. Il s'agit toutefois d'une opération délicate qui complexifie l'étape d'assemblage et pose des problèmes de fiabilité dans le temps, notamment en raison de phénomènes vibratoires et/ou de déformations dues à des changements de température qui peuvent fragiliser les soudures. Il existe donc un besoin pour un module d'antenne qui ne présente pas les inconvénients précités.

Résumé de l'invention

A cet effet, il est proposé module d'antenne pour véhicule comprenant : une première carte de circuit imprimé principale logée horizontalement dans un boîtier, au moins une deuxième carte de circuit imprimé comprenant une antenne radiofréquence, montée verticalement sur la première carte de circuit imprimé et faisant saillie sur une face supérieure du boîtier, un capot, monté sur ledit boîtier, configuré pour recouvrir au moins la deuxième carte de circuit imprimé.

Le module d'antenne est remarquable en ce que le capot comprend une coque et un élément élastique, l'élément élastique étant configuré pour exercer une pression sur la tranche supérieure de la deuxième carte lorsque le capot est en place sur le boîtier afin d'assurer un contact électrique entre la tranche inférieure de la deuxième carte et au moins un élément de contact souple à la surface de la première carte.

On obtient ainsi un assemblage de la première carte avec la deuxième carte qui est robuste, facile à mettre en œuvre et qui permet un contact électrique sûr entre les deux cartes perpendiculaires, qui résiste aux vibrations, aux changements de températures et à une relaxation des pièces plastiques due à leur vieillissement.

L'élément de contact souple avec lequel entre en contact la tranche inférieure de la deuxième carte permet d'absorber les jeux et les déplacements relatifs d'une carte par rapport à l'autre, assurant ainsi un contact permanent.

L'élément élastique placé entre le capot et la tranche supérieure de la deuxième carte exerce une pression verticale sur la deuxième carte permettant d'assurer un placage de la tranche inférieure de la deuxième carte contre les éléments de contacts souples disposés à la surface de la première carte. Le montage du module d'antenne est ainsi facilité et on évite une étape de soudure tout en garantissant une bonne continuité électrique entre les premières et deuxième carte. On obtient ainsi un module d'antenne robuste, fiable et facile à assembler.

Selon un mode particulier de réalisation, l'élément élastique est configuré pour exercer une pression sur la tranche supérieure de la deuxième carte par l'intermédiaire d'au moins un presseur en interférence.

De cette façon, l'élément applique exerce une force ponctuelle sur un ou plusieurs points de la tranche supérieure de l'antenne. La force appliquée est ainsi maîtrisée, contrairement à un contact continu sur la longueur de la tranche supérieure de l'antenne, où des irrégularités dans la découpe de l'antenne et/ou dans le moulage de l'élément élastique rendraient incertaines la force de pression exercée et sa répartition sur l'antenne.

Selon un mode particulier de réalisation, l'au moins un élément de contact souple est de de type doigt à ressort.

L'utilisation de doigts à ressort permet d'assurer un contact entre la première et la deuxième carte à moindre coût.

Selon une réalisation particulière, l'au moins un élément de contact souple est réalisé dans un matériau élastomère conducteur.

Une telle disposition améliore la fiabilité des contacts en évitant l'oxydation et permet une meilleure absorption de tolérance mécanique. Un contact souple en élastomère conducteur offre en outre une plus grande résistance au risque d'arrachement et/ou de déformation pendant la manipulation, contrairement à des contacts métalliques de type ressort en Z ou en pince.

Dans un mode de réalisation particulier, la deuxième carte comprend au moins un épaulement formant une butée prenant appui sur le boîtier pour limiter l'écrasement du au moins un élément de contact souple par la tranche inférieure de la deuxième carte. L'épaulement venant en butée contre le boitier limite la course verticale de l'antenne. L'écrasement des points contacts souples est ainsi maîtrisé. On évite ainsi qu'un écrasement excessif des contacts souples ne produise une déformation définitive des points de contact et une altération de la continuité électrique. Une telle disposition améliore la fiabilité du module d'antenne.

Selon une réalisation particulière, l'élément élastique est réalisé par surmoulage d'une partie interne de la coque par un élastomère thermoplastique.

Le surmoulage permet une meilleure précision de positionnement de l'élément souple. En outre, il peut être réalisé de manière automatisée, contrairement à une pièce rapportée, particulièrement à manipuler par un robot étant donné la souplesse requise. La qualité et le coût de production du module d'antenne sont ainsi améliorés.

Dans une réalisation particulière, l'élément élastique comprend au moins une paire de nervures latérales configurée pour accueillir la tranche supérieure de la deuxième carte et en limiter les déplacements latéraux.

La partie supérieure de l'antenne est ainsi maintenue latéralement. On évite ainsi l'apparition de phénomènes vibratoires susceptibles de provoquer du bruit et d'altérer le contact entre la carte verticale et la carte principale. Contrairement à d'autres techniques dans lesquelles la partie supérieure de la carte est maintenue par des formations prévues à cet effet à l'intérieur du capot comme une fente, l'insertion de la carte de circuit imprimé comprenant l'antenne entre des nervures souples réalisées peut être réalisée avec un effort mécanique maîtrisé, facilitant le montage et n'occasionnant aucun stress au circuit imprimé.

Dans une réalisation particulière, l'élément élastique à une dureté comprise entre 45 et 55 shore A, de préférence 50 shore A.

Une telle valeur de dureté permet de limiter l'effort de montage nécessaire lors de la mise en place du capot tout en permettant une absorption satisfaisante des vibrations. L'élastomère est en outre formulé de manière à offrir une faible tangente de perte diélectrique afin de ne pas perturber le fonctionnement des antennes verticales abritées par le capot.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un véhicule comprenant un module d'antenne tel que décrit précédemment.

Un tel véhicule présente au moins des avantages analogues à ceux conférés au module d'antenne décrit ci-dessus.

Brève description des figures

D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. L'invention sera également mieux comprise en regard des dessins joints sur lesquels :

[Fig. 1] La figure 1 est une vue en perspective d'un module d'antenne selon un mode particulier de réalisation.

[Fig. 2] La figure 2 est une vue éclatée d'un module d'antenne selon une réalisation particulière.

[Fig. 3] La figure 3 est une vue en coupe d'un module d'antenne selon un mode de réalisation particulier, prise selon la ligne de coupe A-A représentée sur la figure 1

[Fig. 4] La figure 4 est une vue par le dessous de l'intérieure du capot comprenant un élément élastique et une antenne PCB, selon une réalisation particulière.

Description détaillée

Dans la description qui suit, de nombreux détails spécifiques sont exposés afin qu'une personne du métier puisse mieux comprendre la présente invention. Cependant, il est évident que la mise en œuvre de la présente invention peut ne pas comporter certains de ces détails spécifiques. De plus, il doit être compris que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation spécifiques décrits. Au contraire, il est concevable de mettre en œuvre la présente invention avec n'importe quelle combinaison des caractéristiques et éléments suivants, qu'ils impliquent ou non des modes de réalisation différents. Par conséquent, les aspects, caractéristiques, modes de réalisation et avantages qui vont être décrits le sont uniquement à des fins d'illustration et ne doivent pas être considérés comme des éléments ou des limitations des revendications à moins qu'ils ne soient explicitement énoncés dans les revendications.

La figure 1 représente une vue en perspective d'un module d'antenne 100 selon une réalisation particulière. Le module d'antenne 100 est destiné à être intégré dans le toit d'un véhicule et comprend un boitier 102 sur lequel est fixé un capot 101. Le boitier 102 comprend au moins un connecteur 103 destiné à connecter une carte électronique comprise dans le boitier 102 à au moins un dispositif du véhicule dans lequel le module d'antenne est intégré.

La figure 2 est une vue éclatée du module d'antenne 100 selon un mode particulier de réalisation. Le boitier 102 est composé d'une partie inférieure 200 et d'une partie supérieure 202 entre lesquelles est disposée horizontalement une carte de circuit imprimée principale 201, dite carte mère. Les parties inférieure 200 et supérieure 202 du boitier sont par exemple assemblées par un ensemble de vis. Dans une réalisation particulière, la partie supérieure 202 est réalisée en métal afin de mettre le module à la masse du véhicule et de blinder la jonction entre les antennes et la carte principale.

La carte mère 201 peut être composée d'une unique carte comprenant par exemple des circuits d'alimentation électrique, de traitement du signal en bande de base et un circuit de traitement radio fréquence. Toutefois, sans modifier l'invention, la carte mère peut être constituée de cartes distinctes supportant différents circuits.

La partie supérieure 202 du boitier comprend un évidement 203 au travers duquel une ou plusieurs antennes PCB verticales 205a, 205b font saillie. On entend par antenne PCB des cartes de circuit imprimé sur lesquels une ou plusieurs pistes formant un motif d'antenne sont tracées et/ou des cartes de circuit imprimé comprenant une ou plusieurs antennes tridimensionnelles, comme un fil s'étendant sur la carte, un élément métallique ou encore une antenne à puce. Bien que les figures illustrant un mode particulier de réalisation du module d'antenne montrent deux antennes PCB 205a et 205b, le nombre et la position de ces antennes peut varier sans modifier l'invention. Par exemple, le module d'antenne peut comprendre une unique antenne 205a.

Dans un souci de clarté et de concision, la présente description s'attachera à décrire les caractéristiques de l'invention en relation avec l'antenne 205a, les mêmes concepts inventifs s'appliquant de manière analogue à l'antenne 205b et/ou à d'autres antennes PCB verticales pouvant être comprises dans le module d'antenne.

L'antenne 205a est par exemple configurée pour permettre l'émission et/ou la réception de signaux radiofréquence. Il peut s'agir d'une antenne pour la réception d'un signal radio analogique ou numérique, d'un signal Wi-Fi, ou encore d'une antenne pour établir des connexions à un réseau d'accès cellulaire, par exemple un réseau d'accès 2G, 3G, 4G ou 5G.

L'antenne PCB 205a est agencée perpendiculairement à la carte mère 201. Selon un mode particulier de réalisation, le module d'antenne comprend un élément de guidage 204 pour maintenir l'antenne PCB 205a en position verticale, perpendiculairement à la carte mère. Dans une réalisation particulière, l'élément de guidage est constitué par une formation particulière de la partie supérieure 202 du boitier.

La figure 2 montre aussi un capot 101 en forme « d'aileron de requin » destiné à recouvrir l'antenne 205a. Le capot 101 comprend une coque 206 réalisée dans une matière non métallique et fixé à la partie supérieure 202 du boitier, par exemple par des vis ou des clips, ainsi qu'un élément élastique 207.

L'élément élastique 207 est intercalé entre la partie interne supérieure de la coque 206 et la partie supérieure de l'antenne 205a de sorte qu'au moins une partie de l'élément élastique 207 est en contact avec la partie interne supérieure de la coque 206 et la tranche supérieure de l'antenne PCB 205a. L'élément élastique est de préférence un élastomère thermoplastique (TPE, pour Thermoplastic Elastomere) de faible dureté, par exemple 50 Shore A, et possédant une faible tangente de perte diélectrique, de préférence inférieure à 0.07 à 6 GHz. Dans un mode particulier de réalisation, l'élément élastique 207 est surmoulé dans la coque 206. On note que la partie supérieure de la coque 206 et le bord supérieur de l'antenne 205a ont un profil sensiblement identique. La coque 206 étant destiné à faire saillie sur le toit d'un véhicule, sa forme en aileron de requin permet de limiter les perturbations aérodynamiques. La forme de l'antenne 205a est ainsi adaptée pour occuper de façon optimale l'intérieur de la coque 206 et pour permettre à l'élément élastique 207 de s'intercaler entre la coque 206 et l'antenne 205a en utilisant un minimum de matière.

La figure 3 est une coupe longitudinale du module d'antenne assemblé, selon une ligne de coupe A-A représentée sur la figure 1. La figure 3 montre des contacts souples 300 destinés à connecter électriquement l'antenne 205a à la carte mère 201. Les contacts souples 300 sont en contact avec une partie conductrice de la tranche inférieure de l'antenne 205a et connectés à un circuit de la carte mère. Ils permettent ainsi une continuité électrique entre l'antenne 205a et la carte mère tout en autorisant un déplacement relatif de l'antenne 205a par rapport à la carte mère 201. Un tel assemblage offre ainsi une tolérance aux déformations, dilatations ou vibrations sans perte de continuité électrique. Selon un mode particulier de réalisation, les points de contacts souples 300 sont des doigts de contacts de type ressort. Selon un mode particulier de réalisation, les points de contacts souples 300 sont réalisés dans un matériau élastomère conducteur, par exemple un élastomère de silicone résilient chargé de particules de cuivre.

Bien entendu, le nombre de contacts souples dépend du nombre et/ou du type d'antenne 205a dont le module d'antenne est équipé. La carte mère 201 peut par exemple comporter un unique point de contact souple 300.

L'antenne 205a comprend au moins un épaulement 301 configuré pour prendre appui sur une portion de la partie supérieure 202 du boitier de sorte à garantir un espacement minimal entre la tranche inférieure de l'antenne 205a et la carte mère et limiter l'écrasement des points de contacts 300.

La figure 3 montre deux presseurs 302 en interférence formés par l'élément élastique 207 et configurés pour exercer une pression sur la tranche supérieure de l'antenne 302 lorsque la coque 206 est en place et ainsi assurer un placage des épaulements 301 sur le boitier et un écrasement minimum des points de contacts souples 300. La largeur d'un presseur est par exemple comprise entre 1.5 et 3 millimètres. On entend par presseur en interférence une partie de l'élément élastique 207 dont la hauteur est supérieure à l'espace disponible entre le haut de la partie interne de la coque 206 et la tranche supérieure de l'antenne 205a, de sorte que lorsque le capot est en place, l'élément élastique 207 est comprimé entre la coque 206 et l'antenne 205a et exerce une pression verticale de haut en bas sur la tranche supérieure de l'antenne 205a.

Selon un mode particulier de réalisation, la tranche supérieure de l'antenne 205a comprend au moins une portion horizontale 303 sur laquelle un presseur 302 applique une pression, de sorte que la pression est exercée verticalement sur la carte.

La figure 4 est une vue intérieure du capot 101 selon une réalisation particulière sur laquelle on distingue l'élément élastique 207 et l'antenne 205a. La figure 4 montre des éléments de maintien latéraux, comme une paire de nervures 400, disposés en vis-à-vis et configurés pour accueillir l'antenne PCB 205a et en limiter les mouvements latéraux. De telles nervures font par exemple 2 à 5 millimètres de large. Une telle disposition permet le maintien de la partie supérieure de l'antenne 205a lorsque le capot 101 est mis en place et l'amortissement des phénomènes vibratoires susceptibles d'apparaître dans la partie supérieure de l'antenne 205a. En outre, l'insertion de la partie supérieure de l'antenne 205a entre les nervures lors de la mise en place du capot 101 peut être réalisée avec un effort mécanique contrôlé, limitant ainsi le stress occasionné aux cartes.

Enfin, la figure 4 montre une partie conductrice 501 de la tranche inférieure de l'antenne 205a destinées à établir le contact électrique avec les contacts souples 300 de la carte mère décrits ci-avant.

Comme indiqué précédemment, une réalisation particulière du module d'antenne peut comprendre plusieurs antennes PCB. Par exemple, les figures 2, 3 et 4 montrent une deuxième antenne PCB 205b verticale, disposée perpendiculairement à la carte mère, le plan de l'antenne 205b étant perpendiculaire au plan de l'antenne 205a. La figure 4 montre un presseur 401 formé dans l'élément élastique 207 et configuré à exercer une pression sur la tranche supérieure de l'antenne 205b afin de plaquer celle-ci contre un élément de contact souple à la surface de la carte mère. De manière analogue à ce qui a été décrit précédemment en référence à l'antenne 205a, L'antenne 205b comprend au moins un épaulement noté 206 sur la figure 2 configuré pour prendre appui sur la partie supérieure 202 du boitier et limiter l'écrasement d'un contact souple référencé 300 sur la figure 3 permettant une continuité électrique entre l'antenne 205b et la carte mère 201. Les mouvements latéraux de l'antenne 205b sont limités par des éléments de maintien référencés 402 sur la figure 4, comme des nervures ou languettes, formés par l'élément souple 207.

Les caractéristiques décrites ci-avant permettent d'obtenir un module d'antenne particulièrement fiable dont les coûts et les efforts d'assemblage sont réduits par rapport à l'art antérieur.