Brevet FR2644938A1 — publié le 19900928

Antenne d'émission et de réception pour micro-ondes La présente invention concerne les antennes d'émission et de réception pour micro-ondes, et plus particulièrement les antennes qui sont destinées à être utilisées avec des réflecteurs directifs, en vue de la réalisation, par exemple, de radars de détection de toutes sortes. On connatt actuellement des antennes permettant d'assurer l'émission et la réception d'ondes très courtes et qui comportent des réflecteurs directifs constituant la partie essentielle, par exemple, des radars dits "mi cro-onde s ". De telles antennes comprennent différents moyens qui sont, très schématiquement, un modulateur pilotant un oscillateur d'émission d'une onde de fréquence donnée, la sortie de l'oscillateur étant couplée à un élément rayonnant tel que, par exemple, une petite surface métallique dite émetteur , un mélangeur d'ondes Bdeux entrées, une première entrée reliée à la sortie de l'oscillateur pour recevoir une partie du signal qui est envoyé vers l'élément rayonnant et une seconde entrée couplée à un élément capteur apte à recevoir des ondes en retour, ces ondes en retour étant focalisées sur cet élément capteur au moyen d'un réflecteur, la sortie de ce mélangeur délivrant un signal résultant de l'addition des deux signaux reçus sur ses deux entrées et représentatif de façon classique et connue des différentes mesures que l'on peut effectuer avec un tel radar. La structure d'antenne rappelée ci-dessus donne, du point de vue fonctionnel, d'excellents résultats, et, d'une façon générale, toute satisfaction pour les mesures. Cependant, ce type de radar trouve maintenant une application dans de nombreux domaines et doit pouvoir être utilisé dans de nombreux systèmes aussi bien statiques que dynamiques. Aussi est-il intéressant de pouvoir miniaturiser le plus possible tous ses éléments, notamment ceux constituant l'antenne. La présente invention a pour but de réaliser une antenne d'émission et de réception, notamment dans le domaine des micro-ondes, qui soit d'une structure dite intégrée facile à réaliser et d'un encombrement le plus réduit possible, contribuant ainsi a la miniaturisation des dispositifs dont elle est destinée à être l'un des éléments constitutifs, par exemple les radars de mesures, détections ou analogue. Plus précisément, la présente invention a pour objet une antenne d'émission et de réception pour micro-ondes, caractérisée par le fait qu'elle est constituée par : un support en matériau isolant, une pluralité de bandes en matériau électriquement conducteur disposées sur une face dudit support, lesdites bandes étant séparées les unes des autres par un espace d'isolement, et au moins un élément électronique convertisseur de signaux, ledit élément électronique étant disposé au contact dudit support, dans un évidement amenagé dans l'une desdites bandes pour coopérer électriquement avec ladite bande. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparatront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lesquels La figure 1 représente le schéma électrique de principe d'une antenne selon l'invention, et Les figures 2 et 3 représentent, sous forme schématique, respectivement en vue de dessus et en coupe suivant un plan perpendiculaire à celui de la vue de dessus, un mode de réalisation d'une antenne selon l'invention. La figure 1 représente le schéma de principe de la configuration électrique d'une antenne micro-onde d'émission et de réception telle que celles qui sont connues de l'art antérieur. Elle ne sera donc pas décrite en détail, seules ses fonctions premières seront rappelées. Une telle antenne comporte, par exemple, un modulateur 1 dont la sortie 2 est reliée à l'entrée de commande 3 d'un oscillateur 4 apte à délivrer a sa sortie 5 un signal d'une valeur de fréquence donnée, et un élément rayonnant 6, par exemple une cuvette conductrice. Cet élément rayonnant est connecté par son entrée 7 à la sortie 5 de l'oscillateur et, par sa sortie 8, à une première entrée 9 d'un mélangeur de signaux 10 dont la seconde entrée 11 est reliée à la sortie 5 de l'oscillateur 4, la sortie 12 de ce mélangeur délivrant un signal de battement représentatif de la résultante du mélange de deux signaux de fréquence, l'un émis par l'oscillateur 4 et l'autre délivré à la sortie 8 de l'élément rayonnant 6 quand il capte une onde électro-magnétique adaptée, par exemple une onde envoyée par cet élément 6 luii1me et réfléchie sur un corps ou objet quelconque. Ce signal de battement permet d'interpréter différentes fonctions qu'il est possible de détecter, mesurer, etc., avec des radars comportant de telles antennes. Comme mentionné au préambule, la structure d'une telle antenne était, jusqu' ce jour, relativement volumineuse, ce qui limitait les possibilités de son utilisation, notamment pour les radars dits "enbarquhs". La structure d'une antenne conforme à l'invention, dont un mode de réalisation est illustré sur les figures 2 et 3, permet de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus, en particulier celui de l'encombrement. L'antenne illustrée sur les figures 2 et 3 comporte un support 20 en un matériau électriquement isolant, par exemple un matériau plastique tel que celui connu sous la dénomination P.T.F. ou la Marque de Commerce bTEPLON . Ce support est essentiellement constitué d'un disque relativement mince sur une face 21 duquel est déposée une couche 22 d'une pluralité de bandes 23-26 en matériau électriquement conducteur, par exemple un dépôt de cuivre éventuellement recouvert d'une couche de passivation en or ou équivalent. Dans l'exemple du mode de réalisation illustré, la couche 22 comporte quatre bandes 23-26 électriquement isolées les unes des autres par des espaces d'isolement 27-29 constitués par des découpes dans le matériau conducteur ou des enlèvements de ce matériau suivant des lignes qui sont celles des courants induits dans une telle antenne en forme de disque et qui sont celles du mode dit TM lr". La répartition et la configuration de ces lignes sont bien connues des ho-es de l'art dans 1e domaine des antennes. Schématiquement, elles forment un ensemble de lignes sensiblement elliptiques ayant pour grand axe un diamètre du disque. A chaque bande est associée une fonction de l'antenne d'émission et de réception. Par exemple, et très avantageusement, la bande 24 est associée à une partie de la fonction émission de l'antenne qui comporte alors, montée en parallèle sur cette bande 24, une diode à effet Gunn 30, ou IMPATT, bien connue en elle-même et déjà utilisée dans les antennes selon rart antérieur. Cependant, dans cette réalisation, la diode est insérée, par exemple par thermo-compression, dans un évidement 31 réalisé dans la bande 24 pour pouvoir y plaquer la diode contre le support 20 en matériau isolant. L'une des électrodes 32 de cette diode 30 est alors reliée électriquement au matériau de la bande 24, par exemple par un fil conducteur 33. De plus, afin d'obtenir le meilleur rendement possible avec l'impédance de cette diode à effet Gunn, l'emplacement de celle-ci est avantageusement situé sensiblement au centre 200 du disque. Il est vrai qu'un tel emplacement peut favoriser, dans l'émission, le mode d'excitation TEM qui, comme bien connu des hommes du métier, est peu rayonnant et suivant des directions radicales. Cependant, la présence des espaces d'isolement 27-29 définis et orientés comme décrit ci-avant permet d'atténuer fortement ce mode d'excitation TEM. Bien entendu, l'alimentation de cet élément actif peut se faire de façon connue et classique par l'intermédiaire d'un filtre 34 schématiquement évoqué sur la figure 2 composé, par exemple, de deux lignes quart-d'onde, l'une de faible impédance caractéristique et l'autre d'impédance caractéristique élevée, le fil d'alimentation étant placé à un endroit du filtre où l'impédance ramenée est équivalente à un court-circuit pour lequel la tension hyperfréquence est nulle. Un exemple d'un tel filtre est illustré plus en détail en 35, pour l'alimentation de la bande référencée 23 associée à la fonction explicitée ci-après. Ce filtre 35 comporte une première ligne quart-d'onde 36 d'impédance caractéristique faible couplée à la bande 23 par une seconde ligne quart-d'onde 37 de forte impédance caractéristfque, le fil d'alimentation 38 étant relié au point 39 de la première ligne 36 où l'impédance ramenée est équivalente å celle d'un court-circuit. Commue mentionné, l'antenne comporte aussi, directement intégré, un élément électronique pour la fonction de commande modulation de la fréquence d'émission. Dans le mode de réalisation illustré, cette fonction est associée à la bande 23 dans laquelle est alors réalisé un évidement 40 pour créer un puits d'intégration 41 d'une diode de commande de modulation 42 à capacité variable connue par les techniciens sous le nom de "Varicap" dont une électrode 43 est électriquement connectée au métal conducteur de cette bande 23, par un fil conducteur 44. Ce type de diode bien connu en lui-même est déjà utilisé dans les antennes selon l'art antérieur, et son alimentation s'effectue comme décrit ci-avant, notamment par le filtre 35. Cette antenne comporte aussi des moyens mélangeurs dont la fonction a été définie ci-dessus, essentiellement constitués par la bande 25 et un élément électronique intégré. Pour cette réalisation, la bande 25 délimitée par les deux espaces d'isolement 28 et 29 est décomposée en deux demi-portions de bande 51, 52 isolées l'une de l'autre par un intervalle d'isolement 53 dans lequel est intégrée une diode de mélange 54 constituant une conductance non linéaire et qui est connue par les techniciens sous la terminologie diode de mélange à barrière de Schottky". Cette diode 54 a ses deux électrodes 55, 56 respectivement connectées aux deux demi-portions de bande 51, 52.Elle est montée en série entre ces deux demi-portions de bande et elle est alimentée, notamment, par deux filtres 57, 58 schématiquement représentés identiques à celui décrit en 35. Dans un mode de réalisation svantageux, l'espace d'isolement 28 séparant les deux bandes 24 et 25, respectivement d'émission et de mélange, est choisi suivant la ligne de courant induit la plus proche du centre 200 du disque 20, afin de pouvoir placer, par rapport à ce centre, la diode à effet Gunn 30 et la diode de type Schottky 54 de façon à obtenir le couplage optimal de 1 l'antenne, étant donné que l'intensité des courants induits, aussi bien à l'émission qu'à la réception, est maximum au centre du disque. Le signal obtenu en sortie des moyens mélangeurs décrits ci-dessus est recueilli, par exemple, à la sortie du filtre 57, au moyen d'un fil connecteur relié à ce filtre de la même façon que le fil 38 l'est au filtre 35. Selon une autre caractéristique de l'invention, le diamètre du disque 20 recouvert des bandes métalliques est sensiblement égal à la demi-longueur d'onde pour le mode électromagnétique d'émission choisi. C'est ainsi que la Demanderesse a réalisé une antenne active en mode rayonnant TH 11, dont la fréquence d'émission est égale à 9,98 GRz, ayant un diamètre d'environ 15 mm pour un support en matériau isolant d'épaisseur 0,508 mm environ. Bien entendu, les deux diodes 30 et 42 montées en parallèle, respectivement sur les deux bandes conductrices 24 et 23, ont leurs deux autres électrodes, respectivement 60 et 62, connectées par des fils métalliques directement au dispositif d'alimentation non représenté, ou bien par l'intermédiaire d'un support métallique 64 constituant le plan de masse. REVENDICATIONS 1. Antenne d'émission et de réception pour micro-ondes, caractérisée par le fait qu'elle est constituée par un support en matériau isolant (20), une pluralité de bandes (23-26) en matériau électriquement conducteur disposées sur une face (21) dudit support, lesdites bandes étant séparées les unes des autres par des espaces d'isolement (27-29), et au moins un élément électronique (30,42,54) convertisseur de signaux, ledit élément électronique étant disposé au contact dudit support, dans un évidement (31,40,53) aménagé dans l'une desdites bandes pour coopérer électriquement avec ladite bande. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit support en matériau isolant (20) est constitué d'un disque relativement mince en matériau plastique. 3. Antenne selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les bandes (23-26) en matériau électriquement conducteur sont constituées par un dépôt de cuivre recouvert d'une couche de passivation en or. 4. Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que lesdits espaces d'isolement (27-29) sont définis suivant des directions qui suivent des lignes de courants induits dans ladite antenne selon le mode TM 11. 5. Antenne selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée par le fait que l'un des éléments électroniques convertisseurs de signaux est constitué par une diode à effet Gunn (30) située sensiblement au centre (200) dudit disque support (20) en étant intégrée dans un évidement (31) réalisé dans une première bande (24) au contact dudit support (20), l'une (32) des deux électrodes de ladite diode (30) étant reliée électriquement au matériau conducteur de ladite première bande (24). 6. Antenne selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'il est réalisé un évidement (40) dans une deuxième bande (23) pour créer un puits d'intégration (41), une diode de commande (42) de modulation à capacité variable étant intégrée dans ledit évidement, l'une (43) de ses deux électrodes étant électriquement connectée à cette dite deuxième bande (23). 7. Antenne selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'unie troisième bande est décomposée en deux demi-portions de bande (51,52) isolées l'une de l'autre par un intervalle d'isolement (53), une diode (54) de mélange constituant une conductance non linéaire du type dit à barrière de SCHOTTKY', étant intégrée sur ledit disque support (20) dans ledit intervalle d'isolement au plus près du centre dudit disque (20), les deux électrodes (55,56) de cette dite diode étant respectivement connectées aux deux demi-portions de bande (51,52). 8. Antenne selon les revendications 5 à 7, caractérisée par le fait que lesdites première, deuxième et troisième bandes sont juxtaposées sur ledit disque support (20), la première étant disposée entre les deux autres et l'espace d'isolement (28) séparant les première et troisième bandes étant défini sensiblement suivant une direction diamétrale dudit disque support. 9. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le diamètre de la face (21) du disque support (20) recouverte des bandes métalliques est sensiblement égal à la demi-longueur d'onde pour le mode électromagnétique d'émission choisi.