Brevet FR2690303A1 — publié le 19931022

SUBSTRAT DIELECTRIOUE POUR HYPERFREOUENCES La présente invention se rapporte à un substrat diélectrique pour composant ou dispositif fonctionnant en ondes hyperfréquences, par exemple pour antenne d'émission ou réception, circulateur à ferrite, câble blindé ou non, amplificateur, coupleur, etc... Les figures 1 et 2 jointes sont respectivement une vue en coupe et un schéma électrique d'une antenne hyperfréquences de type imprimé. Une telle antenne comporte classiquement un certain nombre d'éléments rayonnants 1 qui sont constitués par des disques métalliques, ou "patches", imprimés sur un substrat diélectrique 2 qui les maintient à distance du plan de masse 3. Ces éléments rayonnants sont alimentés à partir d'un ou plusieurs accès au moyen de lignes 4 qui sont elles aussi réalisées par impression de type "micro-ruban", et qui-constituent dans leur ensemble un répartiteur d'alimentation 5. Le dimensionnement radioélectrique d'une antenne imprimée de ce type s'effectue en fonction de ses spécifications de mission: gain, couverture, dépointage, niveau de polarisation croisée, etc... En particulier, ces spécifications sont déterminantes pour la surface de l'antenne et pour le pas entre les éléments rayonnants imprimés 1. Par exemple, pour un problème de dépointage, on aura une condition du type: p Par ailleurs, le fonctionnement de l'élément imprimé 1 à une fréquence fi ou longueur d'onde Xo, impose que son diamètre D soit voisin de où er est la partie réelle de la constante, ou permittivité, diélectrique e du substrat 2. Dans cet exemple, on constate finalement que le taux de remplissage de la surface de l'antenne par les éléments rayonnants, et que donc le nombre d'éléments rayonnants est fixé par les relations (A) et (B) précitées ainsi que par la constante, ou permittivité diélectrique er du substrat isolant 2. Le répartiteur d'alimentation 5 est d'autant moins complexe que le nombre d'éléments rayonnants 1 est faible, ce qui nécessite, selon la relation (B), d'utiliser un substrat isolant 2 de faible constante diélectrique associée bien sûr à de faibles pertes (l'angle de pertes a devant être tel que la valeur de tgeiftr, où si est la partie imaginaire de la constante diélectrique 8, soit inférieure à 10-3). Cette condition est actuellement réalisée par l'utilisation de substrats à faible constante diélectrique et à faibles pertes, généralement constitués par des matériaux dits "aérés" (nids d'abeilles, mousses organiques...) qui sont pris "en sandwich" entre des peaux minces choisies pour ces mêmes raisons ainsi que pour leurs propriétés structurales. Les caractéristiques des matériaux actuellement utilisés sont les suivantes Nid d'abeilles: ex=1,06 ; tus=6.10'4 ; densité=29 kg/m3. Peaux: er=3,6 ; tg8=40.10-4 ; densité=1650 kg/m3 ; épaisseur=0 , 125mm. Ceci conduit, pour des éléments rayonnants imprimés en bande L (1,5 GHz), à une masse surfacique de l'ordre de 1,5 kg/m2 pour une simple couche. Dans ce type de conception, les dimensions de chaque élément rayonnant 1 sont relativement importantes, et les lignes d'alimentation 4 sont alors implantées dans des couches supplémentaires sous ces éléments rayonnants, ce qui est de réalisation particulièrement délicate en technique hyperfréquences. Si à l'inverse on choisit un substrat diélectrique de plus grande permittivité diélectrique er, et que par conséquent la dimension de chaque élément rayonnant 1 devient plus faible pour une maille fixée, il devient possible de graver les lignes d'alimentation 4 sur le même plan que les patches 1. Ces lignes sont d'autant moins larges que la permittivité diélectrique er est élevée, de sorte qu'alors leur rayonnement parasite gêne d'autant moins le rayonnement de ces patches 1. Parmi les substrats diélectriques, actuellement connus et utilisables en hyperfréquences, qui répondent à cette dernière condition, on peut citer des substrats à fibres de quartz dans du polyimide ou du polyéthylène, ces diélectriques ayant une permittivité comprise entre 3,6 et 3,7. Il est possible de miniaturiser encore plus les lignes en utilisant des céramiques à plus forte constante diélectrique. Finalement, ces deux tendances inverses, d'une part la simplification des répartiteurs d'alimentation 5 en nombre de points de connexion et d'autre part la simplification de ces mêmes répartiteurs en nombre de couches, conduisent l'homme de métier à utiliser des substrats diélectriques dont la permittivité, ou constante, diélectrique er est, selon un compromis adéquat, comprise entre 2 et 3, associée toujours à un angle de pertes a donnant une valeur tgb qui reste inférieure à 10-3 pour obtenir un rendement énergétique suffisant. Malheureusement, l'état actuel des technologies est tel qu'aujourd'hui les substrats qui conviendraient, du point de vue hyperfréquences, par le fait que leur constante diélectrique er est comprise entre 2 et 3, tels que du verre/PTFE, ont des densités si élevées (environ 2200 kg/m3) qu'elles conduisent à des masses surfaciques rédhibitoires, de l'ordre de 6 à 7 kg/m2, alors que pour être compétitives par rapport aux substrats de type "aérés", ces solutions de type "substrat dense" devraient plutôt viser des densités de l'ordre de 300 à 400 kg/m3. L'invention vise à remédier à cet inconvénient. Elle se rapporte à cet effet à un substrat diélectrique pour composant ou dispositif fonctionnant en ondes hyperfréquences, ce substrat se caractérisant par le fait qu'il est réalisé en un matériau diélectrique de la famille des fullérènes, tels que du C60. La structure d'une molécule d'un matériau de ce type est représentée sur la figure 3, où il s'agit d'une molécule de C60 dont la dimension réelle est de l'ordre de deux à trois angströms, et qui a l'allure d'un ballon de football. Ce matériau est de faible densité, de l'ordre de 300 à 400 kg/m3, et des mesures, effectuées par la méthode des perturbations à 5 Ghz, ont donné, pour un barreau de ce matériau, les caractéristiques diélectriques suivantes: Constante diélectrique : er = 2,34 Angle de pertes tel que : tgs = 4.10-4. Ce matériau, récemment découvert (voir par exemple la revue "NATURE", vol, 350, 7 March 1991, pages 20-21), se trouve donc parfaitement convenir pour les applications hyperfréquences dans les conditions optimales précitées. Il engendre de surcroît une bonne adaptation d'impédance. REVENDICATIONS 1/ Substrat diélectrique (2) pour composant ou dispositif (1, 4) fonctionnant en ondes hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il est réalisé en un matériau diélectrique de la famille des fullérènes. 2/ Substrat diélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau fullérène utilisé est du C60.