Brevet FR2701168A1 — publié le 19940805

Dispositif d'antenne microruban perfectionné notamment pour récepteur hyperfréquence L'invention se rapporte au domaine technique des dispositifs d'antennes microruban ou "microstrip". Elle trouve une application particulière dans la réception hyperfréquence de signaux de télévision par satellite. De façon connue, un dispositif d'antenne microruban comporte une structure rayonnante comprenant: une couche diélectrique, portant d'un côté un pavé conduc- teur de forme choisie, et de l'autre un plan conducteur formant plan de masse, et un circuit d'alimentation définissant le mode d'alimenta- tion de cette structure rayonnante en énergie hyperfréquence et comprenant par exemple au moins une ligne microruban connectée au pavé conducteur et implantée dans la couche diélectrique dans le même plan que le pavé conducteur. L'homme du métier sait que, pour une constante diélectrique donnée, les dimensions géométriques du pavé conducteur déterminent la fréquence centrale de fonctionnement du dispositif d'antenne et l'épaisseur de ladite couche diélec- trique est sensiblement proportionnelle à la largeur de la bande de fréquence utilisable. Ainsi, pour conserver une largeur de bande de fréquence utilisable prédéterminée, il convient de déterminer une épaisseur de couche diélectrique correspondante. La bande de fréquence utilisable, dans le domaine des antennes de télécommunication, nécessite une épaisseur de couche diélectrique telle que, si l'on désire réaliser des lignes microruban d'impédance 50 Ohms, la largeur de celles- ci, est importante, par exemple 20 mm de largeur pour une épaisseur de 5 mm d'air. L'usage d'une telle largeur de ligne engendre des inconvé- nients, notamment pour l'implantation du distributeur d'alimentation lorsque le dispositif d'antenne comprend un réseau de pavés conducteurs ainsi que pour la réalisation des coupleurs résistifs des lignes microruban d'alimentation. Elle engendre également un rayonnement parasite plus impor- tant. Une solution consiste à travailler alors avec une impédance de ligne de valeur supérieure à 50 Ohms, par exemple 70 Ohms, mais elle a l'inconvénient d'impliquer des tronçons d'adapta- tion encombrants et difficiles à mettre en oeuvre. L'invention apporte une solution satisfaisante à ce problème. Elle porte sur un dispositif d'antenne microruban du type décrit ci-avant. Selon une définition générale de l'invention, l'épaisseur de la couche diélectrique au regard du pavé conducteur est supérieure à celle au regard de la ligne microruban. Une telle adaptation de l'épaisseur de la couche diélectri- que, en fonction de la zone radioélectrique en regard de ladite couche, permet d'éviter l'usage de lignes microruban larges, ce qui favorise en conséquence l'implantation de distributeur d'alimentation dans un dispositif d'antenne comprenant un réseau de pavés conducteurs rayonnants. De préférence, l'épaisseur de la couche diélectrique au regard du pavé conducteur est supérieure à celle au regard de la périphérie dudit pavé conducteur. Par ailleurs, l'épaisseur de la couche diélectrique au regard de la ligne microruban est supérieure à celle au regard de la périphérie de ladite ligne. En pratique, le pavé est de forme générale circulaire ou rectangulaire. Selon un aspect de l'invention, le pavé conducteur et sa ligne microruban associée sont gravés dans un circuit imprimé métallisé sur une seule face, lesdits pavé et ligne étant au contact de la couche diélectrique. Une telle réalisation a pour conséquence de mettre le substrat du circuit imprimé au-dessus du pavé et de sa ligne par rapport au plan de masse, ce qui confère deux avantages. Tout d'abord, le substrat peut assurer le rôle de radôme de protection. Enfin, le substrat participe moins aux pertes par diélectri- que, ce qui permet d'utiliser des substrats moins chers, non dédiés aux applications hyperfréquences. Avantageusement, le substrat du circuit imprimé est un matériau à base de tissu de verre imprégné de résine genre époxy, très largement répandu dans les applications basses fréquences. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le plan conducteur formant plan de masse est constitué d'une plaque métallique embossée au regard du pavé conducteur et de la ligne microruban. Par exemple, la plaque métallique est une tôle emboutie. Selon une caractéristique importante de l'invention, la couche diélectrique est constituée d'air. Selon une application de l'invention, le dispositif comprend un réseau de pavés avec leurs lignes microruban associées, implantés sur le même circuit imprimé. Avantageusement, dans l'application récepteur hyperfréquence, le dispositif d'antenne est associé à un convertisseur de fréquence lui conférant une fonction de récepteur hyperfré- quence de signaux de télévision par satellite. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ci- après et des dessins dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe partielle selon la coupe B-B' d'un pavé conducteur selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe partielle selon la coupe A-A' d'une ligne microruban selon l'invention; la figure 3 est une vue en coupe partielle selon la coupe C-C' d'un pavé conducteur et d'une ligne microruban selon l'invention; et la figure 4 est une vue de dessus de dix pavés conducteurs interconnectés à un convertisseur de fréquence selon l'inven- tion. En référence aux figures 1 à 3, le dispositif d'antenne microruban comprend d'une façon classique une couche diélec- trique CD, portant d'un côté un pavé conducteur PC de forme choisie, et de l'autre un plan conducteur formant plan de masse PM. La couche diélectrique CD est constituée par exemple d'air. Le pavé conducteur est gravé sur un circuit imprimé CI simple face. Par exemple, le pavé conducteur PC est gravé par microphoto- lithographie Il est constitué d'un matériau tel que du cuivre, le cas échéant étamé ou verni pour une meilleure protection Il a une forme générale circulaire ou rectangu- laire. Le substrat du circuit imprimé CI est par exemple constitué d'un matériau à base de verre et de résine genre époxy. L'homme du métier comprendra que le substrat du circuit imprimé CI peut servir ici avantageusement de radôme protec- teur. Pour des raisons de coût, le substrat verre-résine est avantageusement celui vendu sous la référence FR 4. De préférence, la ligne microruban d'alimentation LM est elle aussi gravée dans le circuit imprimé CI par un procédé classique de microphotolithogravure. Le plan de masse PM est réalisé dans une plaque métallique du type tôle emboutie qui est embossée pour permettre une adaptation de l'épaisseur de la couche diélectrique en fonction des zones radioélectriques en regard de ladite couche afin d'éviter d'élargir la largeur des lignes microru- ban. Cette adaptation de l'épaisseur selon l'invention est telle que l'épaisseur de la couche diélectrique EP au regard du pavé conducteur PC est supérieure à celle au regard de la périphérie dudit pavé conducteur EHP et à celle au regard de la ligne microruban EL, tandis que l'épaisseur de la couche diélectrique au regard de la ligne microruban EL est supé- rieure à celle au regard de la périphérie de ladite ligne EHL. Une telle structure permet de simplifier notablement le dispositif d'antenne et ainsi d'affaiblir le coût de réalisa- tion. Par exemple, la largeur des lignes microruban est de l'ordre de 4 mm pour une impédance caractéristique de 50 Ohms avec une épaisseur EL de l'ordre de 1 mm de la couche diélectrique au regard de la ligne microruban. Une telle structure trouve une application avantageuse dans un dispositif d'antenne comprenant un réseau de pavés interconnectés à un convertisseur hyperfréquence dans le cas d'une application récepteur hyperfréquence de signaux de télévision par satellite. Sur la figure 4, il est représenté un dispositif d'antenne réseau comprenant un circuit imprimé sur lequel sont gravés les pavés rayonnants. Dans l'application visée, dix pavés circulaires PC individua- lisées en PC 1 à PC 10 sont gravés sur le circuit imprimé. Des lignes de transmission microruban LM relient les diffé- rents pavés conducteurs à un convertisseur de fréquence CV. Par exemple, le convertisseur de fréquence CV est implanté sur le circuit imprimé CI par la technologie CMS dite montage de surface. De façon classique, il est prévu des diviseurs WI type WILKINSON avec résistance de découplage pour permettre la liaison des différents pavés conducteurs PC au convertisseur de fréquence CV. De préférence, la résistance de découplage de chaque diviseur WI de type Wilkinson est implanté sur le circuit imprimé selon une technologie CMS dite montage de surface. Enfin, un connecteur UHF du type coaxial est situé à l'arriè- re de la tôle métallique embossée PM. Par exemple, le convertisseur de fréquence CV est capable de convertir les fréquences d'une plage de l'ordre de 2308 à 2482 M Hz à une fréquence de l'ordre de 470 à 646 M Hz. Avec une telle structure, la Demanderesse a obtenu un dispositif récepteur fonctionnant à une fréquence centrale de l'ordre de 2,39 G Hz et avec une largeur de bande de fréquence utilisable de l'ordre de 6 à 8 %. Pour un tel résultat, la largeur des lignes microruban LM est de l'ordre de 4 mm, l'épaisseur EP de la couche diélectrique CD au regard du pavé PC est de l'ordre de 5 mm et l'épaisseur EL est de l'ordre de 1 mm Le diamètre des pavés conducteurs est de l'ordre de 52 mm. En variante, le convertisseur hyperfréquence est logé dans un évidement ou bossage du plan de masse. Dans cette structure, les épaisseurs EHP et EHL sont nulles dans la mesure o la tôle emboutie soutient directement le circuit imprimé aux endroits autres que les pavés et les lignes microruban Ces épaisseurs peuvent ne pas être nulles lorsque le diélectrique n'est pas de l'air lorsqu'un support est prévu pour supporter le circuit imprimé. L'homme du métier comprendra que la réalisation d'un tel dispositif d'antenne est susceptible d'être réalisé à faible coût, ce qui permet une application grand public, notamment pour les dispositifs d'antenne pour la réception hyperfré- quence de signaux de télévision par satellite. Revendications 1 Dispositif d'antenne microruban comprenant une couche diélectrique (CD), portant d'un côté un pavé conducteur (PC) de forme choisie, et de l'autre un plan conducteur formant plan de masse (PM); et un circuit d'alimentation comprenant au moins une ligne microruban (LM) connectée au pavé conducteur (PC) et implan- tée dans la couche diélectrique (CD) dans le même plan que le pavé conducteur (PC), caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche diélectrique au regard du pavé conducteur (EP) est supérieure à celle au regard de la ligne microruban (EL). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche diélectrique au regard du pavé conducteur (EP) est supérieure à celle au regard de la périphérie dudit pavé conducteur (EHP). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caracté- risé en ce que l'épaisseur de la couche diélectrique au regard de la ligne microruban (EL) est supérieure à celle au regard de la périphérie de ladite ligne (EHL). 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 3, caracté- risé en ce que le pavé conducteur (PC) est de forme générale circulaire ou rectangulaire. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 4, caracté- risé en ce que le pavé conducteur (PC) et la ligne microruban (LM) sont gravés sur un circuit imprimé (CI) simple face au contact de la couche diélectrique (CD). 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le substrat du circuit imprimé assure en outre le rôle de radôme. 7 Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caracté- risé en ce que le substrat du circuit imprimé (CI) est constitué d'un matériau à base de verre et de résine, genre époxy. 8 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caracté- risé en ce que le plan conducteur formant plan de masse (PM) est constitué d'une plaque métallique embossée au regard du pavé conducteur et de la ligne microruban. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la plaque métallique est une tôle emboutie. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caracté- risé en ce que la couche diélectrique est constituée d'air. 11 Dispositif selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que les épaisseurs de la couche diélectri- que respectivement au regard de la périphérie du pavé (EHP) et de la périphérie de -la ligne microruban (EHL) sont sensiblement nulles, la tôle emboutie supportant le circuit imprimé. 12 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau de pavés implantés avec leurs lignes microruban associées, implantés sur le même circuit imprimé. 13 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est associé à un convertisseur de fréquence (CV) lui conférant une fonction de récepteur hyperfréquence de signaux de télévision par satellite.