Brevet FR2703872A1 — publié le 19941014

Applicateur à structure plane ou cylindrique à microrubans, 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 R9929 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 micro-onde multifréquence et a pour objet un applicateur à structure plane ou cylindrique à microruban(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 animaI 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 endocavitaires 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'où 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 au moins deux éléments rayonnants ou récepteurs couplés, sous la forme de films ou de dépôts minces en un matériau conducteur, disposés sur la face de la couche support destinée à être appliquée sur ou contre les tissus à traiter ou à sonder et alimentés de manière séparée en signaux haute fréquence ou délivrant des signaux haute fréquence captés de manière séparée, et, enfin, par un plan de masse avantageusement sous la forme d'une couche ou d'une feuille métallique, disposé sur ou appliqué contre la face de la couche support opposée à celle portant lesdits éléments rayonnants ou récepteurs. 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 3 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 4 représente un diagramme de rayonnement de l'applicateur représenté à la figure 3. Conformément à l'invention, et comme le montrent les figures 1 à 3 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 au moins deux éléments 6 rayonnants ou récepteurs couplés, sous la forme de films ou de dépôts minces en un matériau conducteur, disposés sur la face 4 de la couche support 2 destinée à être appliquée sur ou tournée vers les tissus à traiter ou à sonder et alimentés de manière séparée en signaux haute fréquence ou délivrant des signaux haute fréquence captés de manière séparée, et, enfin, par un plan de masse 3, avantageusement sous la forme d'une couche ou d'une feuille métallique, disposé sur ou appliqué contre la face 5 de la couche support 2 opposée à celle 4 portant les éléments 6 rayonnants ou récepteurs. Les applicateurs 1 selon l'invention pourront, par conséquent, présenter soit une structure plane (Figures I 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 (Figure 2). 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 6 rayonnants ou récepteurs se présentent préférentiellement sous la forme de bandes séparées de faible largeur et parallèles entre elles, dont le nombre, les dimensions L (longueur), W (largeur) et les espacements E peuvent être déterminés en fonction des applications envisagées. Les éléments 6 rayonnants ou récepteurs, 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 6 rayonnants ou récepteurs couplés. Toutefois, si la zone à traiter ou à sonder est relativement étendue, l'applicateur 1 pourra comporter plus de deux éléments rayonnants 6 couplés. Comme le montrent les figures 1 et 2 des dessins annexés, les éléments 6 rayonnants ou récepteurs pourront être disposés en surface sur la face 4 de la couche support 2 destinée à être appliquée contre les tissus ou l'enveloppe extérieure des tissus à traiter ou à sonder, de manière à être en contact direct avec lesdits tissus ou ladite enveloppe en vue de limiter au maximum les pertes d'énergie rayonnante, non dissipée dans les tissus à traiter ou non captée par les éléments 6 récepteurs. Toutefois, en vue de protéger les éléments 6 rayonnants ou récepteurs de l'usure et simultanément les tissus adjacents en cas d'émission, la face 4 de la couche support 2 destinée à être appliquée contre ou tournée vers les tissus vivants comporte une couche de protection 7, éventuellement amovible et réalisée en un matériau diélectrique, recouvrant les éléments 6 rayonnants ou récepteurs disposés sur ladite face 4 (Figures 2 et 3). 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 emboîté sur ledit applicateur 1 (Figure 2). Comme le montrent les figures 1 à 3, l'émission ou la réception des signaux hyperfréquence est effectuée directement par les éIéments 6 rayonnants ou récepteurs couplés entre eux et pouvant être placés à proximité immédiate des tissus à traiter ou à sonder, le plan de masse 3 rendant ladite émission ou réception directionnelle en jouant un rôle réflecteur. Selon une caractéristique de l'invention, représentée partiellement aux figures 1 et 2 des dessins annexés, les éléments 6 rayonnants ou récepteurs, sous forme de bandes sont alimentés ou connectés par l'intermédiaire de lignes conductrices il contiguëes, 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 le plan de masse 3 et présentant chacune 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 1 et 2), entraînant ainsi une bonne adaptation en puissance. Comme le montre la figure 2 des dessins annexés, il est également possible, dans la cas d'un applicateur 1 à utilisation endocavitaire, de prévoir un cylindre métallique 12, avantageusement creux, placé à l'intérieur du cylindre creux formé par la couche support 2 et constituant un plan de masse 3 à rôle réflecteur, ledit cylindre métallique 12 pouvant être muni d'un dispositif de refroidissement ou de thermostatisation interne. La figure 8 représente, à titre d'exemple de mise en oeuvre, les diagrammes de rayonnement, relevés à 15 mm de profondeur, d'un applicateur 1 du type représenté à la figure 3 et présentant les caractéristiques suivantes : L = 67 mu, W = 20mm, E = 6 mm, épaisseurs de la couche support 2 et de la couche de protection 7 = 1,58 mm, constante diélectrique des deux couches 2 et 7 = 4,9 et fréquence des signaux émis = 915 MHz. Grâce à l'invention, il est donc possible de réaliser un applicateur 1 à structure plane ou cylindrique comportant plusieurs éléments 6 rayonnants ou récepteurs couplés, sous forme de bandes de faible largeur, permettant 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 avec des signaux haute fréquence, notamment micro-ondes, 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 - voir courbe en trait interrompu sur la figure 4). En alimentant les éléments 6 rayonnants couplés 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 en fonction des résultats recherchés. Un déphasage variable au cours du temps autorise avantageusement un chauffage homogène sur une zone très large (Voir courbe en trait continu sur la figure 4). 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 éléments 6 permet d'effectuer un balayage radiométrique sur tout le champ d'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 microondes, 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 au moins deux éléments (6) rayonnants ou récepteurs couplés, sous la forme de films ou de dépôts minces en un matériau conducteur, disposés sur la face (4) de la couche support (2) destinée à être appliquée sur ou tournée vers les tissus à traiter ou à sonder et alimentés de manière séparée en signaux haute fréquence ou délivrant des signaux haute fréquence captés de manière séparée, et, enfin, par un plan de masse (3), avantageusement sous la forme d'une couche ou d'une feuille métallique, disposé sur ou appliqué contre la face (5) de la couche support (2) opposée à celle (4) portant les éléments (6) rayonnants ou récepteurs. 2. Applicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments (6) rayonnants ou récepteurs 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 (6) rayonnants ou récepteurs couplés. 4. Applicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la face (4) 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 les éléments (6) rayonnants ou récepteurs disposés sur ladite face (4). 5. Applicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, dans le cas d'un applicateur (1) à utilisation endocavitaire, un cylindre métallique (12), avantageusement creux, est placé à l'intérieur du cylindre creux formé par la couche support (2) en constituant un plan de masse (3) à rôle réflecteur, ledit cylindre métallique (12) pouvant être muni d'un dispositif de refroidissement ou de thermostatisation interne. 6. Applicateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, 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) contiguëes, 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 le plan de masse (3) et présentant chacune un conducteur isolé relié à une ligne conductrice (11), servant d'interface avec un cordon d'alimentation dudit applicateur (1). 7. Applicateur selon la revendication 6, 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. 8. Applicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les différents éléments (6) rayonnants sont alimentés avec des signaux haute fréquence en phase. 9. Applicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 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) au cours du temps.