Brevet FR2703871A1 — publié le 19941014

I Applicateur à structure plane ou cylindrique à microfente(s), pour l'émission ou la réception de signaux haute fréquence. La présente invention, réalisée par le Département Hyperfréquences et Semi-conducteurs (Institut d'Electronique et Microélectronique du Nord, UM R 9929 CNRS) de l'Université des Sciences et Technologies de Lille concerne le domaine des dispositifs d'émission et de réception de signaux haute fréquence, notamment micro-ondes, en particulier pour une application en hyperthermie micro-onde contrôlée par radiométrie microonde multifréquence et a pour objet un applicateur à structure plane ou cylindrique à microfente(s), pour l'émission ou la réception de signaux haute fréquence, notamment micro-ondes. Actuellement, il existe principalement deux types d'applicateurs du genre précité, à savoir, d'une part, des applicateurs à structure plane destinés à être mis en place sur la surface du corps humain ou animal et, d'autre part, des applicateurs à structure cylindrique pour des applications endocavitaires, c'est-à-dire destinés à être introduits dans des orifices ou des voies naturelles du corps humain ou animal, telles que le rectum, l'urètre, l'oesophage, le vagin, l'utérus ou analogue. Chacun des deux types d'applicateurs précités peut être mis en oeuvre soit en tant qu'émetteur, notamment pour chauffer des tissus vivants environnants, soit en tant que récepteur, pour mesurer, par exemple, la température par radiométrie micro-onde. Les applicateurs endocavitaire à structure cylindrique existants utilisent généralement des antennes filaires ou coaxiales, uniques ou multiples, associées ou non à un réflecteur métallique pour un rayonnement plus ou moins directif. Néanmoins, la constitution et la réalisation de tels applicateurs est relativement complexe du fait de la nécessité de prévoir un dispositif de thermostatisation ou de refroidissement en habillant la ou lesdites antennes de gaines remplies de liquide de thermostatisation ou de refroidissement. Ce dernier point entraîne, en outre, une dissipation importante de l'énergie rayonnée par la ou lesdites antennes dans ledit dispositif de thermostatisation ou de refroidissement, d'o résulte une transmission d'énergie moindre aux tissus environnants. En outre, lorsque de tels applicateurs fonctionnent en réception leur directivité limitée entraîne le captage de nombreux signaux parasites, notamment ceux issus du liquide de thermostatisation, faussant les évaluations ultérieures de températures. Afin de tenter de palier ces inconvénients, il a été proposé des applicateurs présentant une antenne sous forme de structure plaquée disposée sur une couche diélectrique. Toutefois, le lobe de rayonnement résultant présente toujours une forme identique, interdisant notamment un chauffage uniforme d'un volume donné de tissus vivants ou une réception orientée et présentant un champ de captage délimité précisément. De plus, la profondeur d'efficacité de chauffage, dépendant directement de l'énergie émise au niveau de l'antenne unique, est limitée par la puissance pouvant être rayonnée par ladite antenne sans provoquer de dommages au niveau des tissus adjacents. La présente invention a notamment pour but de pallier l'ensemble des inconvénients précités. A cet effet, elle a pour objet un applicateur à structure plane ou cylindrique, pour l'émission ou la réception de signaux haute fréquence, notamment de micro-ondes, caractérisé en ce qu'il est principalement constitué, d'une part par une couche support de substrat en un matériau diélectrique, souple ou rigide, d'autre part par un écran, avantageusement sous la forme d'une couche ou d'une feuille de matériau conducteur, pourvu d'au moins une ouverture et disposé sur la face de ladite couche support tournée vers les tissus à traiter, et, enfin, par au moins deux éléments rayonnants ou récepteurs, sous la forme de films ou de dépôts minces en un matériau conducteur, disposés sur la face de la couche support opposée à celle portant l'écran et alimentés de manière séparée en signaux haute fréquence ou délivrant des signaux haute fréquence captés de manière séparée. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: les figures 1 à 4 sont des vues en perspective de différentes variantes de réalisation d'un applicateur à structure plane ou cylindrique conforme à l'invention, et, la figure 5 représente une vue en coupe schématique selon A-A' de l'applicateur représenté à la figure 1. Conformément à l'invention, et comme le montrent les figures 1 à 5 des dessins annexés, l'applicateur à structure plane ou cylindrique est principalement constitué, d'une part par une couche support ( 2) de substrat en un matériau diélectrique, souple ou rigide, d'autre part par un écran ( 3), avantageusement sous la forme d'une couche ou d'une feuille de matériau conducteur, pourvu d'au moins une ouverture et disposé sur la face ( 5) de ladite couche support ( 2) tournée vers les tissus à traiter, et, enfin, par au moins deux éléments ( 6) rayonnants ou récepteurs, sous la forme de films ou de dépôts minces en un matériau conducteur, disposés sur la face ( 4) de la couche support ( 2) opposée à celle ( 5) portant l'écran ( 3) et alimentés de manière séparée en signaux haute fréquence ou délivrant des signaux haute fréquence captés de manière séparée. Les applicateurs 1 selon l'invention pourront, par conséquent, présenter soit une structure plane (Figures 1 et 3) pour une utilisation en surface, par mise en place sur la peau d'un individu, soit une structure cylindrique, préférentiellement creuse et fermée à l'une de ses extrémités par une partie demi-sphérique, pour une utilisation endocavitaire (Figures 2 et 4). Le matériau diélectrique composant la couche support 2 sera avantageusement d'un type à faibles pertes, par exemple téflon, époxy alumine, composé céramique ou autres polymères, présentant un coefficient diélectrique constant et une épaisseur déterminée, fonction de la fréquence des signaux à émettre ou à capter, et des propriétés mécaniques (rigidité, élasticité, déformabilité) adaptées à la nature et à la taille de l'applicateur 1 à réaliser. Les éléments rayonnants 6 se présentent préférentiellement sous la forme de bandes séparées de faible largeur et parallèles entre 1 o elles, dont le nombre, les dimensions L (longueur), W (largeur) et les espacements E peuvent être déterminés en fonction des applications envisagées. Les éléments rayonnants 6, ainsi que l'écran 3, pourront avantageusement consister en du cuivre, appliqué sous forme de films ou de feuille autocollante ou déposé suivant les procédés de réalisation connus des circuits imprimés. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, l'applicateur 1 comporte deux éléments rayonnants 6 Toutefois, si la zone à traiter ou à sonder est relativement étendue, l'applicateur 1 pourra comporter plus de deux éléments rayonnants 6. Toutefois, en vue de protéger l'écran 3 de l'usure et simultanément les tissus adjacents en cas d'émission, la face 5 de la couche support 2 destinée à être appliquée contre ou sur les tissus vivants comporte une couche de protection 7, éventuellement amovible, également en un matériau diélectrique, recouvrant l'écran 3 disposé sur ladite face 5 (Figures 1, 3 et 4). Cette couche de protection 7 pourra, dans le cas d'un applicateur 1 de structure cylindrique se présenter sous la forme d'un cylindre creux embo î té sur ledit applicateur 1 (Figure 4). Une telle couche de protection 7 peut également permettre de constituer un moyen de refroidissement des tissus adjacents sous la forme d'une pellicule d'eau circulant dans un interstice entre l'écran 3, qui comporte l'ouverture 8 ou les ouvertures 9, et la couche de protection 7. Selon une première variante de réalisation de l'invention, représentée aux figures 1 et 2 des dessins annexés, le plan de masse 3 comporte une ouverture 8 unique située en face des éléments 6 rayonnants ou récepteurs et contenant l'ensemble de ces derniers dans son champ, constituant ainsi une fenêtre rayonnante ou réceptrice, alimentée par au moins deux éléments rayonnants 6 couplés ou alimentant au moins deux éléments récepteurs 6 couplés, en fonction du mode de fonctionnement de l'applicateur 1, ladite fenêtre rayonnante réalisant une composition des champs rayonnés par lesdits éléments 6. Conformément à une seconde variante de réalisation de l'invention, représentée aux figures 3 et 4 des dessins annexés, l'écran 3 comporte autant d'ouvertures 9 que la couche support 2 porte d'éléments 6 rayonnants ou récepteurs, chacune desdites ouvertures 9 étant située en face d'un élément 6 rayonnant ou récepteur et contenant ce dernier dans son champ respectif, constituant ainsi des fentes rayonnantes ou réceptrices, alimentées par ou alimentant les éléments 6 rayonnants ou récepteurs, le couplage s'effectuant dans ce cas non plus au niveau des éléments 6, mais au niveau des fentes 9. Dans les deux variantes de réalisation décrites ci-dessus, l'émission ou la réception s'effectue à travers l'écran 3 et, afin de diriger les émissions des éléments rayonnants 6 à travers la fenêtre 8 ou les fentes 9 ou de limiter les perturbations à la réception des éléments récepteurs 6, l'applicateur 1 peut présenter, en outre, un plan réflecteur 10 placé à une certaine distance h de la face 4 de la couche support 2 portant les éléments 6 rayonnants ou récepteurs. Dans le cas d'un applicateur 1 à structure plane, la mise en place d'un tel plan réflecteur 10, sous la forme d'une feuille ou d'une surface métallique, permet, de plus, d'éviter les perturbations générées normalement par la mise en boîtier au niveau des caractéristiques haute fréquence de l'applicateur 1 (fréquences de résonance, adaptation en puissance, diagramme de rayonnement). Selon une caractéristique de l'invention, représentée partiellement aux figures 1 à 4 des dessins annexés, les éléments 6 rayonnants ou récepteurs, sous forme de bandes sont alimentés ou connectés par l'intermédiaire de lignes conductrices 11 contiguës, chacune, à une bande 6 rayonnante ou réceptrice et composées de films ou de dépôts minces, réalisées, éventuellement, d'un seul tenant avec lesdites bandes 6 rayonnantes ou réceptrices, des embases de connexion, rapportées sur l'écran 3 et présentant un conducteur isolé, relié à une ligne conductrice 11, servant d'interface avec un cordon d'alimentation dudit applicateur 1, ledit cordon pouvant éventuellement être relativement rigide afin de faciliter l'introduction de l'applicateur 1 de type endocavitaire (non représenté). Les lignes conductrices 11 pourront comporter des largeurs et des épaisseurs telles que leur impédance caractéristique présente une valeur donnée, par exemple 50 Ohms. En outre, les lignes conductrices 11 peuvent avantageusement présenter, au niveau de leur zone de connexion avec les bandes rayonnantes, une partie extrême s'élargissant progressivement en forme de coin et se raccordant continûment sur la bande rayonnante 6 correspondante en se confondant avec l'une des extrémités de cette dernière (Figure 3), entraînant ainsi une bonne adaptation en puissance. A titre d'exemple de mise en oeuvre pratique de l'invention, les fentes 9 pourront, pour des éléments 6 rayonnants ou récepteurs ayant une largeur W de l'ordre de 20 mm, présenter une largeur de l'ordre de 25 mm et être mutuellement séparées d'une distance de l'ordre de 6 mm, leurs longueurs correspondant à celle desdits éléments 6. Grâce à l'invention, il est donc possible de réaliser un applicateur 1 à structure plane ou cylindrique comportant plusieurs éléments 6, sous forme de bandes de faible largeur émettant ou captant en étant couplés, à travers une fenêtre ménagée dans un écran 3 ou à travers des fentes 9 couplées, associée chacune à un élément 6 rayonnant ou récepteur Ce capteur permet d'obtenir des performances à l'émission et à la réception nettement plus élevées que celles des dispositifs connus actuellement, tout en présentant une constitution simple et facilement réalisable. L'alimentation des éléments 6 rayonnants couplés ou, respectivement, des fentes 9 couplées, avec des signaux haute 1 o fréquence, notamment microondes en phase, par l'intermédiaire d'un diviseur de puissance par exemple, permet d'augmenter considérablement, d'une part, la profondeur de pénétration de l'onde émise dans le milieu dissipatif à chauffer (tissus vivants) dans la zone de couplage et, d'autre part, la largeur du lobe de rayonnement entraînant une zone utile de chauffage importante (composition des champs). En alimentant les éléments 6 rayonnants couplés (ou les fentes 9 couplées) avec des signaux haute fréquence, notamment micro- ondes, déphasés entre eux, le diagramme de rayonnement peut être modifié, permettant de chauffer de manière préférentielle une zone particulière située sous l'applicateur 1. Les diagrammes de rayonnement des applicateurs 1 conformes à l'invention peuvent être modélisés et calculés, permettant de définir structurellement et dimensionnellement les éléments 6 rayonnants ou récepteurs et/ou les ouvertures 8, 9 en fonction des résultats recherchés. Un déphasage variable au cours du temps autorise avantageusement un chauffage homogène sur une zone très large. En ce qui concerne les mesures de température par radiométrie micro- onde, le déplacement du lobe de rayonnement par déphasage ou en utilisant successivement les deux fentes 9 permet d'effectuer un balayage radiométrique sur toute l'ouverture de l'applicateur 1, en vue d'affiner les reconstructions de profils thermiques. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1 Applicateur à structure plane ou cylindrique, pour l'émission ou la réception de signaux haute fréquence, notamment de micro- ondes, caractérisé en ce qu'il est principalement constitué, d'une part, par une couche support ( 2) de substrat en un matériau diélectrique, souple ou rigide, d'autre part, par un écran ( 3), avantageusement sous la forme d'une couche ou d'une feuille de matériau conducteur, pourvu d'au moins une ouverture ( 8, 9) et disposé sur la face ( 5) de ladite couche support ( 2) tournée vers les tissus à traiter, et, enfin, par au moins deux éléments ( 6) rayonnants ou récepteurs, sous la forme de films ou de dépôts minces en un matériau conducteur, disposés sur la face ( 4) de la couche support ( 2) opposée à celle ( 5) portant l'écran ( 3) et alimentés de manière séparée en signaux haute fréquence ou délivrant des signaux haute fréquence captés de manière séparée. 2 Applicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments rayonnants ( 6) se présentent sous la forme de bandes séparées de faible largeur et parallèles entre elles, dont le nombre, les dimensions (L, W) et les espacements (E) peuvent être déterminés en fonction des applications envisagées. 3 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments rayonnants ( 6). 4 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la face ( 5) de la couche support ( 2) destinée à être appliquée contre les tissus vivants ou tournée vers ces derniers, comporte une couche de protection ( 7), éventuellement amovible et réalisée en un matériau diélectrique, recouvrant l'écran ( 3) disposé sur ladite face ( 5). Applicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'écran ( 3) comporte une ouverture ( 8) unique située en face des éléments ( 6) rayonnants ou récepteurs et contenant l'ensemble de ces derniers dans son champ. 6 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'écran ( 3) comporte autant d'ouvertures ( 9) que la couche support ( 2) porte d'éléments ( 6) rayonnants ou récepteurs, chacune desdites ouvertures ( 9) étant située en face d'un élément ( 6) rayonnant ou récepteur et contenant ce dernier dans son champ respectif. 7 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il présente, en outre, un plan réflecteur ( 10) placé à une certaine distance (h) de la face ( 4) de la couche support 1 o ( 2) portant les éléments ( 6) rayonnants ou récepteurs. 8 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de refroidissement des tissus adjacents sous la forme d'une pellicule d'eau circulant dans un interstice entre l'écran ( 3) et la couche de protection ( 7). 9 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que les éléments ( 6) rayonnants ou récepteurs sous forme de bandes sont alimentés ou connectés par l'intermédiaire de lignes conductrices ( 11) contiguës, chacune, à une bande ( 6) rayonnante ou réceptrice et composées de films ou de dépôts minces, réalisées, éventuellement, d'un seul tenant avec lesdites bandes ( 6) rayonnantes ou réceptrices, des embases de connexion, rapportées sur l'écran ( 3) et présentant chacune un conducteur isolé relié à une ligne conductrice ( 11), servant d'interface avec un cordon d'alimentation dudit applicateur ( 1). 10 Applicateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les lignes d'alimentation présentent, au niveau de leur zone de connexion avec les bandes rayonnantes ( 6), une partie extrême s'élargissant progressivement en forme de coin et se raccordant continûment sur la bande rayonnante ( 6) correspondante en se confondant avec l'une des extrémités de cette dernière. 11 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que les différents éléments ( 6) rayonnants sont alimentés avec des signaux haute fréquence en phase. il 12 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que les différents éléments ( 6) rayonnants sont alimentés avec des signaux haute fréquence déphasés entre eux, le ou les déphasage(s) pouvant être réglable(s) ou encore variable(s) au5 cours du temps.