Brevet FR2533764A1 — publié le 19840330

P-DSF-22/FR Antenne à microbandes et son procédé de fabrication La présente invention concerne le domaine des antennes à microbandes ou lignes de bandes Plus particulièrement, la présente invention concerne une antenne plane à microbandes destinée à être utilisée principalement comme antenne pour la réception de signaux de radiodiffusion à hyperfréquences Bien que la présente invention puisse avoir une utilité générale dans la transmission ou la réception des hyperfréquences, elle sera décrite dans le contexte d'utilisation de ce que l'on appelle une antenne de télévision pour récep- tion uniquement dans un système de transmission direc- te par satellite Toutefois, il est entendu que l'in- vention peut avoir une utilité générale soit comme an- tenne réceptrice, soit comme antenne émettrice dans des systèmes de communication par hyperfréquences. En raison du potentiel de développement crois- sant de la transmission par satellite de signaux à hyperfréquences pour les systèmes d'émission et de ré- ception de télévision, il devient de plus en plus néces- saire de mettre au point une antenne fiable, durable et d'un coût raisonnable à usage domestique et autres ap- plications industrielles en vue de la réception de si- gnaux à hyperfréquences transmis par satellite On uti- lise traditionnellement des antennes-paraboliques dans les systèmes de transmission de ce type, mais ces an- tennes posent de nombreux problèmes pour un système -de réception de signaux de télévision à hyperfréquences efficace et commercialement viable Parmi d'autres pro- blêmes, les antennes paraboliques sont relativement coûteuses et elles ne sont pas suffisamment stables, même par vent faible, pour garantir une réception de signaux uniforme et, partant, la qualité de l'image. En conséquence, elles ne sont pas particulièrement ap- propriéespour une utilisation quotidienne dans des systèmes de réception de télévision à usage domestique ou pour d'autres applications industrielles. Des antennes à minicrobandes ou à lignes de bandes pour la transmission ou la réception des hyper- S fréquences sont connues dans la technique Des anten- nes de ce type sont illustrées, par exemple, dans GB-PS 1 529 361, US-PS 3 995 277, US-PS 3 987 455 et US-PS 3 803 623 Dans tous ces brevets antérieurs, la structure d'antenne est constituée d'un lamifié d'unematière diélectrique avec un plan géométrique conducteur d'électricité sur une surface du diélectrique et un dessin de microbandes ou de lignes de bandes, sur l'au- tre surface du diélectrique Il est bien connu que les propriétés de la matière diélectrique sont impor- tantes pour le rendement de l'antenne, en particulier, les propriétés relatives à la constante diélectrique et au facteur de dissipation Ces considérations ren- dent ces antennes à microbandes classiques pratique- ment inappropriées comme antennes de télévision pour réception uniquement, étant donné qu'elles limitent strictement le choix des matières diélectriques appro- priées à des matières très coûteuses, en particulier, lorsqu'on considère qu'une antenne de télévision pour réception uniquement doit être relativement grande, par exemple, une structure carrée de l'ordre de 76 cm à 102 cm de côté ou une structure circulaire ayant un diamètre de 76 cm à 102 cm De même, étant donné que les antennes de télévision pour réception uniquement seront utilisées au dehors, elles doivent être rendues résistantes aux intempéries afin de les protéger con- t:,le exnosition aux éléments atmosphériques Cette erm'q'ue est oarticulièrement vraie avec les antennes à microbandes ou à lignes de bandes classiques de la technique antérieure dans lesquelles le circuit imprimé et Wlan génométriiquc sont itués sat U l'extérieur des surfaces diélectriques Cette condition requise relative à la résistance aux intempéries accentue davantage les problèmes économiques et pratiques que pose l'utili- sation des antennes à microbandes de la technique an- térieure dans des systèmes de télévision pour récep- tion uniquement. Les-conditions requises combinées concernant les propriétés électriques et la résistance aux intem- péries limitent le choix des matiètes diélectriques qui peuvent être utilisées efficacement dans une an- tenne de télévision pratique pour réception uniquement si cette dernière était réalisée conformément aux techniques antérieures habituelles Les matières céra- miques à faible perte pourraient assurer un bon ren- dement de la matière diélectrique, mais le coût et les dimensions limitées des substrats en matière céramique pourraient mettre hors de 'question l'utilisation de ces substrats Les substrats à base de polytétrafluoréthy- lène ou d'autres polymères fluorés pourraient égale- ment constituer des choix acceptables du point de vue des propriétés diélectriques, mais le coût de ces substrats pourrait les rendre inappropriés pour une utilisation domestique et des applications industriel- les en général En conséquence, pour des raisons éco- nomiques et d'autres inconvénients pratiques, la tech nique n'a pas mis au point une antenne de télévision plane pour réception uniquement qui soit acceptable et pratique du point de vue industriel. Les problèmes de la technique antérieure dont question ci-dessus, ainsi que d'autres sont réso- lus ou atténués par l'antenne de là présente invention. Suivant la présente invention, on prévoit une antenne à microbandes comprenant une pellicule polymère sur une surface de laquelle est réalisé un circuit imprimé, une couche d'une matière diélectrique supportant la pelli- 4- cule polymère, le circuit imprimé étant réalisé sur la surface de cette dernière qui est tournée vers cet- te couche, ainsi qu'un élément support comiiprenant ui plan géométrique et destiné à supporter la couche de matière diélec- trique Les composants peuvent être assemblés et liés ensemble pour former un assemblage rigide qui consti- tue une antenne de télévision plane pour réception uni- quement. Vue sous un autre aspect, l'invention fournit un procédé de fabrication d'une antenne à microbandes, ce procédé comprenant les étapes qui consistent à for- mer une pellicule lamifiée d'une feuille de matière polymère et d'un circuit imprimé à hyperfréquences, former un élément support comportant une surface métal- 1 S lique convenant pour servir de plan géométrique, localiser une matière diélectrique sur la surface métallique de l'élément support, localiser la feuille de matière polymère sur la matière diélectrique de telle sorte que le circuit imprimé soit tourné vers cette dernière, puis lier la matière diélectrique à la feuille de ma- tière polymère pelliculaire et à l'élément support. Dès lors, un plan géométrique peut être défini par la surface de base d'une cuvette ou d'un autre support qui est soit en métal,soit en une matière résineuse ren- forcée à revêtement métallique Le circuit imprimé à nmicrobandes peut être constitué d'un dessin de conduc- teurs formé sur une surface d'une pellicule polymère conformément à n'importe quelle technique habituelle- ment adoptée dans la réalisation des circuits imprimés. Le diélectrique peut être disposé sur le plan géométrique auquel il peut être lié Ce diélectrique peut être une ma- tière en mousse rigide, une poudre fondue, une matière en nid d'abeilles ou n'importe quelle autre matière diélectrique autoportante Le circuit imprimé à micro- bandes peut être lié au diélectrique, de telle sorte qu' il soit tourné vers le plan géométrique, la pellicule polymère servant de recouvrement protecteur pour étancher l'en- semble et assurer sa protection-contre les intempéries. Dans une forme de réalisation préférée, l'antenne à microbandes est dès lors constituée du plan géométrique qui fait partie de la cuvette support, du diélectrique lié au support, ainsi que du circuit imprimé lié au diélec- trique Le recouvrement protecteur formé par la feuil- le polymère du circuit imprimé prolonge sensiblement la durée de vie escomptée de cette antenne de télévi- sion pour réception uniquement. Afin de permettre une compréhension aisée de la présente invention, on en décrira ci-après certaines formes de réalisation à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un blocdiagramme du procédé de la présente invention; la figure 2 est une vue en élévation et en coupe partielle d'une antenne plane pour hyperfréquen- ces suivant la présente invention; et la figure 3 est une vue semblable à la figure 2, mais illustrant une seconde forme de réalisation d'une antenne de télévision plane pour réception uniquement de la présente invention. On se référera tout d'abord à la figure 2 qui illustre une forme de réalisation d'une antenne de télé- vision plane pour réception uniquement suivant la pré- sente invention Cette antenne plane 10 comporte une cuvette inférieure 12 avec une surface de base 14 Cette surfacel 4 constitue le plan géométrique d'une antenne pour hyper- fréquences La cuvette 12 peut être soit une cuvette en un métal tel que l'aluminium, soit une unité moulée, par exemple, en une résine renforcée de fibres de verre, la surface 14 étant métallisée Cette cuvette 13 con- tient une matière diélectrique 16 qui, dans la forme de réalisation de la figure 2, est une matière en mousse (autoportante ou en deux parties) transformée en mousse in situ et adhérant aux surfaces intérieures de la cu- vette 12 La mousse 16 définit le milieu diélectrique pour l'antenne à hyperfréquences La mousse 16 aura spécifiquement une constante diélectrique d'environ 1 à environ 4 et une tangente de perte se situant dans l'intervalle d'environ 0,001 à 0,01 La mousse peut également être formée dans une opération séparée, tail- lée à dimensions, puis collée à la cuvette La matiè- re diélectrique peut également être une poudre fondue ou une matière équivalente En variante, le diélectri- que peut être un mélange de résine synthétique/verre, renfermant des microbulles de verre. 1 S La matière diélectrique 16 est recouverte d'une feuille 18 de pellicule polymère sur laquelle est défini un circuit imprimé à hyperfréquences 20 La pellicule polymère 18 et le circuit imprimé 20 peuvent être formés en adoptant n'importe quelle technique classique de fabrication de circuits imprimés, et ils sont liés à la matière diélectrique 16 pour former un assemblage rigide Comme on peut le constater en figu- re 2, la cuvette 12 forme un logement qui contient -les autres composants (c'est-à-dire la matière diélectrique et le circuit imprimé de l'antenne) On obtient ainsi une structure intégrale rigide entièrement autonome. En outre, la pellicule polymère 18 constitue une couche protectrice contre les intempéries pour le circuit di- électrique 20. Des connexions électriques appropriées(non repré- sentées) seront raccordées au plan géométrique et au circuit imprimé en vue de la mise en service de l'antenne de télévision pour réception uniquement. Pour l'application de l'antenne de télévision pour réception uniquement que l'on envisage principale- 7 2533764 ment suivant la présente invention, la structure sera relativement grande, en l'occurrence, un carré ou un rectangle de l'ordre de 76 cm à 102 cm de côté ou un cercle d'un diamètre de 76 cm à 102 cm Pour une réception de signaux correcte et le maintien d'une qualité d'image uniforme dans le récepteur de télévi- sion auquel l'antenne est connectée, il importe que la relation spatiale entre les composants électroniques reste constante -En conséquence, la nature rigide et dimensionnellement stable de la structure de la pré- sente invention est particulièrement importante pour la réalisation de cet objectif La cuvette 12 est réalisée soit en métal, soit en une matière polymère rigide, de préférence, une matière renforcée de fibres, avec une surface intérieure métallisée Lorsqu'elle est convenablement durcie, la mousse 16 est rigide et stable du point de vue dimensionnel Bien qu'ils soient flexibles lorsqu'ils ne sont pas supportés, le circuit imprimé 20 et la-feuille polymère 18 sont fer- mement et rigidement supportés sur la surface supérieu- re de la mousse 16 De la sorte, tout l'assemblage devient rigide et stable du point de vue dimensionnel. Le circuit imprimé à microbandes 20 est conçu et sélectionné de telle sorte qu'il pourrait engendrer une onde plane s'il était un émetteur à hyperfréquences. Etant donné que les récepteurs et les émetteurs à hyper- fréquences sont réciproques, le circuit imprimé 20 rece- vra une onde plane provenant d'une direction spécifique, par exemple, d'un satellite équatorial ou géostationnai- re La feuille polymère 18 doit, idéalement, avoir une épaisseur d'environ 1/2 longueur d'onde du signal de- vant être capté ( 12-14 G Hz pour le satellite stationnai- re OTS actuellement en service); toutefois, cette confi- guration idéale peut ne pas être pratique En conséquence, l'épaisseur de la feuille 18 peut se situer dans un interval- 8 2533764 le de l'ordre de 0,0025 cm à 0,25 cm, ce qtui donnera lieu à certaines pertes par réflexion, mais permettra toujours d'obtenir une antenne unitaire acceptable. La constante diélectrique de la mousse 16 devra être maintenue dans des limites acceptables se situant entre environ 1 et 4 et cette mousse devra avoir un faible facteur de perte d'une tangente de per- te de 0,01 ou moins pour être acceptable en vue d'une utilisation dans l'antenne de télévision pour récep- tion uniquement suivant la présente invention. On se référera à présent à la figure 1 qui est un bloc-diagramme illustrant le procédé de forma- tion de l'antenne de la figure 1 Un lamifié d'une feuille de matière polymère et d'unrevêtement métallique est formé au cours de l'étape A, puis-soumis à une mor- sure au cours de l'étape B en vue de réaliser le cir- cuit imprimé à hyperfréquences ou de rayonnement 18. Séparément et simultanément ou à un certain intervalle de temps sélectionné, la cuvette 12 est formée au cours de l'étape C La cuvette 12 est ensuite remplie d'une matière diélectrique appropriée, par exemple, sous forme d'une matière en mousse ou d'une poudre durcis- sable La cuvette peut être remplie d'une matière diélectrique à un niveau légèrement supérieur à son sommet Le lamifié de pellicule polymère sur lequel est formé le circuit imprimé, est ensuite placé par- dessus le diélectrique, de telle sorte que le circuit imprimé 20 soit dirigé vers le bas, c'est-à-dire vers la base de la cuvette 12, laquelle constitue le plan géométrique Cette opération est effectuée au cours de l'étape E Ensuite, lors de l'étape F, l'assemblage est soumis à une légère pression, de telle sorte que la pellicule 18 soit maintenue parallèle à la base de la cuvette 12 Tandis qu'il est sous pression,l'assem- blage composite est ensuite chauffé pour durcir et ré- 9 2533764 ticuler le diélectrique, lequel adhère alors à la fois aux surfaces intérieures de la cuvette et à la pellicule polymère pour assurer l'étanchéité de tout l'assemblage. On'se référera à présent à la figure 3 qui illustre une forme de réalisation modifiée d'une an- tenne de télévision pour réception uniquement dans la- quelle une matière en nid d'abeilles 22 est logée à l'intérieur d'une cuvette 12 et fait office de support pour le circuit à hyperfréquences constitué de la pel- licule 18 et des conducteurs 20 La matière en nid d'abeilles comporte des parois 24 qui définissent des cellules ou des espaces d'air 26 Dans la configura- tion de la figure 3, l'air contenu dans les cellules 26 forme la matière diélectrique principale pour l'an- tenne unitaire à hyperfréquences Evidemment, la ma- tière dont est constituée la structure en nid d'abeil- les, fait également partie du système diélectrique, si bien que la matière en nid d'abeilles doit avoir des caractéristiques de perte et une constante diélec- trique appropriées. Comme on peut le constater dans les deux con- figurations des figures 2 et 3, la matière diélectri- que 16 et la structure en nid d'abeilles 22 servent de support pour la structure de circuit à hyperfréquences constituée de la pellicule 18 et des conducteurs 20, ainsi que de milieu de transmission pour l'antenne à microbandes De même, on constatera que la pellicule 18 ne constitue pas en soi un composant du système de circuit à hyperfréquences, mais qu'elle assure plutât une protection d'environnement pour l'assemblage, tout en constituant un moyen commode pour définir le circuit à hyperfréquences. D'après la description ci-dessus, on compren- dra que la présente invention fournit une antenne de télévision p)Ilne pour réception iiniquelument qui est particulièrement efficace, pratique et économique. Cette antenne a des dimensions stables et, par consé- quent, elle peut être montée sur l'extérieur des bâti- monts (notamment sur les combles ou autres structures semblables) et elle peut être installée dans une struc- ture rotative en vue d'un alignement directionnel sans nuire à la réception du signal transmis et, par con- séquent, à la qualité uniforme de l'image apparaissant sur l'écran de l'appareil de télévision auquel l'an- tenne est connectée Une caractéristique particuliè- rement importante et utile pour les antennes extérieu- res réside dans le fait que l'antenne est protégée contre les intempéries par l'ensemble de sa structure unitaire et étanche, tandis que la pellicule supérieu- re 18 protège à la fois le circuit imprimé et le dié- lectrique contre les effets des intempéries Dès lors, cette antenne peut être utilisée à l'extérieur pendant de nombreuses années. Bien que l'on ait illustré et décrit des for- mes de réalisation préférées, diverses modifications et substitutions peuvent être envisagées sans se dépar- tir de l'esprit et du cadre de l'invention En consé- quence, il est entendu que la présente invention a été décrite à titre d'illustration et non dans un sens li- mitatif. 1 l 2533764 REVENDICATIONS 1 Antenne à microbandes comprenant une pel- licule polymère sur une surface de laquelle est réali- sé un circuit imprimé, une couch e d'une matière dié- lectrique supportant la pellicule polymère, le circuit imprimé étant réalisé sur la surface de cette dernière qui est tournée vers cette couche, ainsi qu'un élément support comprenant un plan géométrique et destiné à supporter la couche de matière diélectrique. 2 Antenne à microbandes suivant la revendi- cation 1, caractérisée en ce que la pellicule polymère est liée à la matière diélectrique, laquelle est liée à l'élément support. 3 Antenne à microbandes suivant la revendi- cation 1 ou 2, caractérisée-en ce que l'élément support est une cuvette qui contient la matière diélectrique. 4 Antenne à microbandes suivant la revendi- cation 4, caractérisée en ce que la cuvette comporte une base et des côtés, le plan géométrique étant situé dans la base. 5 Antenne à microbandes suivant la revendi- cation 3 ou 4, caractérisée en ce que la cuvette est métallique. 6 Antenne à microbandes suivant la revendi- cation 3 ou 4, caractérisée en ce que la cuvette est constituée d'une matière polymère rigide avec une sur- face métallisée. 7 Antenne à microbandes suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la matière diélectrique a une constante diélectri- que se situant entre environ 1 et 4. 8 Antenne à microbandes suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la matière diélectrique a une tangente de perte de 0,01 ou moins. 9 Antenne à microbandes suivant l'une quel- 1 _ conque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la matière diélectrique est constituée d'une ma- tière en nid d'abeilles et de l'air contenu dans les cellules du nid d'abeilles. 10 Antenne à microbandes suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la pellicule polymère est une feuille de matière ayant une épaisseur d'environ 1/2 longueur d'onde du signal à hyperfréquences devant être capté par l'an- tenne. 11 Antenne à microbandes suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la pellicule polymère est une feuille de matière ayant une épaisseur se situant entre environ 0,0025 cm et 0,25 cm. 12 Procédé de fabrication d'une antenne à microbandes, comprenant les étapes qui consistent à former une pellicule lamifiée d'une feuille de matiè- re polymère et d'un circuit imprimé à hyperfréquences, former un élément support comportant une surface métal- lique convenant pour servir de plan géométrique, loca- liser une matière diélectrique sur la surface métalli- que de l'élément support, localiser la feuille de ma- tière polymère sur la matière diélectrique de telle sorte que le circuit imprimé soit tourné vers cette dernière, puis lier la matière diélectrique à la feuil- le de matière polymère pelliculaire et à l'élément support. 13 Procédé suivant la revendication 12, ca- ractérisé en ce que la matière diélectrique est sous forme d'une mousse ou d'une poudre durcissable lors- qu'elle se trouve sur l'élément support, l'étape de liaison de la matière diélectrique à la feuille de ma- tière polymère et à l'élément support consistant à dur- cir la poudre ou la mousse pour former une couche ri- 13 2533764 gide de matière diélectrique. 14 Procédé suivant la revendication 13, ca- ractérisé en ce que l'élément support est une cuvette comportant une base et des côtés, l'étape de localisa- S tion de la matière diélectrique sur l'élément support consistant à remplir la cuvette avec une mousse ou une poudre durcissable. Procédé suivant la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que la pellicule lamifiée est main- tenue parallèlement à l'élément support au cours du durcissement de la matière diélectrique.