Brevet FR2764739A1 — publié le 19981218

La présente invention concerne les antennes constituées d'un réseau de fentes rayonnantes pratiquées dans une paroi d'un ensemble de guides d'ondes d'alimentation ou de collecte de signal hyperfréquence disposés côte à côte. De telles antennes sont bien connues dans la technique notamment pour leur faculté de pointage par déphasages ou variation de fréquence des signaux hyperfréquence parcourant leurs guides d'ondes. Ces antennes réseau à fentes rayonnantes ont d'habitude, une structure entièrement métallique, ce qui les rend complexes à fabriquer donc coûteuses, et lourdes donc difficiles à transporter et à mettre en oeuvre dans des équipements mobiles destinés à être montés sur des aéronefs, des véhicules terrestres ou même simplement transportés par des individus. Il est connu par ailleurs, notamment par la demande de brevet français FR-A-2.722.337 (THOMSON-CSF), de réaliser des guides d'ondes à fentes à partir d'un matériau thermoplastique transparent aux hyperfréquences revêtu sur la paroi intérieure de leur conduit d'une peau métallique dans laquelle sont gravées les fentes rayonnantes. Cette technique de réalisation de guide d'ondes à fentes rayonnantes permet d'obtenir un matériau allégé et de moindre coût mais elle n'est pas directement utilisable pour les antennes réseau à fentes rayonnantes car il se pose des problèmes de rigidité de l'assemblage des guides d'ondes supportant les fentes rayonnantes qui implique l'utilisation d'un châssis rigide lourd et encombrant. L'idée de réaliser des guides d'ondes sans fentes à partir d'un conduit en une matière plastique telle qu'un chlorure de polyvinyle rigide ou un polyester stratifié, à paroi intérieure métallisée est également connue de manière beaucoup plus ancienne, par le brevet français FR-A- 1.436.490 (GEOFFROY-DELORE). La présente invention a pour but une antenne réseau à fentes rayonnantes à faible masse et faible coût. Une réduction de masse par rapport à la solution métallique classique a en effet, de nombreux avantages. Elle induit des gains de masse additionnels sur le support d'antenne et notamment sur son moteur et son servomécanisme lorsque l'antenne est mobile. Elle rend aussi envisageable de monter l'antenne sur un véhicule léger ou même d'en équiper un individu. Elle a pour objet une antenne réseau à fentes rayonnantes ayant une structure en sandwich avec: - un plateau rayonnant en circuit imprimé transparent aux hyperfréquences ayant, sur sa face supérieure, un plan de métallisation dans lequel sont gravés des alignements de fentes rayonnantes, - des goulottes en un matériau plastique à paroi intérieure métallisée, qui présentent leur partie creuse en regard de la face supérieure du plateau rayonnant, qui sont soudées par leurs bords au plan métallisé de la face supérieure du plateau rayonnant, sur et parallèlement aux alignements de fentes rayonnantes de manière à les chevaucher et qui reconstituent les trois parois manquantes de guides d'ondes dont la quatrième paroi est constituée par le plan métallisé gravé de fentes rayonnantes de la face supérieure du plateau rayonnant, et - un plateau supérieur assemblé aux dos des goulottes pour assurer la rigidité de l'antenne. Avantageusement, les goulottes sont obtenues par déformation à chaud de feuillards en composite thermoplastique revêtus sur une face d'une peau métallique. Avantageusement, les métallisations du plateau rayonnant et des goulottes sont des métallisations au cuivre et la soudure des goulottes sur le plateau rayonnant se fait entre métallisations au moyen d'un réseau de rubans de brasure indium-plomb déposés sur le plan de métallisation de la face supérieure du plateau rayonnant dans les zones en regard des bords des goulottes. Avantageusement, le plateau supérieur ainsi que les goulottes sont en un matériau thermoplastique et s'assemblent par simple pression à une température proche de celle de ramollissement du matériau thermoplastique. Avantageusement, le plateau supérieur est un circuit imprimé à une ou plusieurs couches de conducteurs sur lequel sont montés des composants d'un circuit électronique raccordé à l'antenne. Avantageusement, le plateau rayonnant présente, sur sa face extérieure, opposée à sa face supérieure supportant le plan métallisé gravé des fentes rayonnantes, d'autres plages de métallisation contournant les fentes rayonnantes et dessinant des conducteurs de câblage permettant la polarisation de diodes placées à cheval sur les fentes pour contrôler leur longueur électrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel: - une figure 1 illustre une antenne selon l'invention vue en perspective partielle et démontée, - une figure 2 est une vue en coupe transversale partielle de l'antenne illustrée dans la figure 1, - une figure 3 illustre les principales étapes de fabrication d'une antenne selon l'invention, - une figure 4 est une vue en perspective arrière de l'antenne illustrée à la figure 1 après son assemblage, - une figure 5 est une vue en coupe transversale partielle d'une variante d'antenne selon l'invention présentant un espacement entre guides d'ondes particulièrement faible, - une figure 6 est une vue d'un détail de l'antenne illustrée à la figure 5, cerclé en IV, montrant un contour particulier adopté pour les bords rabattus de goulottes utilisées pour la réalisation d'un réseau de guides d'ondes dans l'antenne, et - une figure 7 est une vue d'un détail de la figure 4 illustrant une configuration possible pour une fente rayonnante de l'antenne. L'antenne réseau à fentes rayonnantes qui va être décrite a une structure formée de la mise en sandwich de goulottes 1 de délimitation de guides d'ondes entre un plateau rayonnant inférieur 2 tourné vers les ouvertures des goulottes 1 et un plateau supérieur de rigidification 3. Le plateau rayonnant 2 est un circuit imprimé en un matériau transparent aux hyperfréquences avec, sur sa face supérieure 20, un plan de métallisation en cuivre 21 gravé de plusieurs alignements de fentes 22 et avec un ensemble de métallisations sur sa face inférieure constituant des pistes conductrices serpentant entre les fentes 22. Un réseau de rubans 23 de brasure indium-plomb est déposé sur le plan de métallisation 21 de la face supérieure 20 du plateau rayonnant 2, de manière que les rubans 23 soient parallèles aux alignements de fentes 22 et disposés par paire entre chaque alignement de fente. Ce réseau délimite, dans le plan de métallisation 21 de la face supérieure 20 du plateau rayonnant 2, des bandes de métallisation 24 centrées chacune sur un alignement de fentes 22 et correspondant chacune à l'une des parois internes métallisées d'un guide d'ondes dont les trois autres parois internes métallisées sont matérialisées par une goulotte 1. Les goulottes 1 présentent une paroi intérieure à métallisation en cuivre. Elles ont une section transversale en U à fond plat 10, avec des ailes 11 à bords 12 rabattus à l'horizontal vers l'extérieur. L'écartement des bords rabattus 12 des ailes du U correspond à celui de deux rubans 23 de brasure indium-plomb bordant latéralement un alignement de fentes 22. Les goulottes sont constituées par exemple, d'un feuillard thermoplastique métallisé sur une face et mis en forme par déformation à chaud. Chacune d'elles vient se positionner en regard d'un alignement de fentes 22 sur le plan de métallisation 21 de la face supérieure 20 du plateau rayonnant 2, avec son ouverture tournée en regard du plan de métallisation 21 de la face supérieure 20 du plateau rayonnant 2, de manière à chevaucher un alignement de fentes 22 et à avoir ses bords rabattus 12 venant au contact de deux rubans 23 de brasure indium-plomb. Une fois soudée au plan de métallisation 21 du plateau rayonnant 2 par pressage à chaud de ses bords rabattus 12 sur les rubans 23 de brasure indium-plomb, chaque goulotte 1 constitue, avec la bande 24 du plan de métallisation 21 de la face supérieure du plateau rayonnant 2 qui ferme son ouverture, un guide d'ondes à fentes rayonnantes. Le plateau de rigidification 3 est fixé aux dos des goulottes 1 afin de réaliser avec celles-ci et le plateau rayonnant 2 une structure en sandwich réduisant dans une grande proportion la flexibilité du plateau rayonnant et donnant à l'antenne une grande rigidité. Il peut être constitué d'un feuillard en composite thermoplastique soudé aux dos des goulottes par pressage à chaud. C'est avantageusement, comme représenté à la figure 4, un circuit imprimé multicouche pouvant supporter des composants électroniques sur sa face extérieure à l'antenne. La figure 3 illustre les principales étapes de fabrication d'une antenne, avec: -en a) I'assemblage d'un feuillard composite thermoplastique tissé 13 tel que ceux utilisés dans la fabrication des circuits imprimés et d'une mince feuille de cuivre 14 par simple pressage à chaud à une température proche de la température de ramollissement du composite thermoplastique, - en b) la feuille stratifiée 15 obtenue, -en c) la goulotte obtenue par formage au moyen d'un pressage à chaud de la feuille stratifiée 15 entre les mâchoires 16 et 17 d'un gabarit, et - en d) I'assemblage de la structure en sandwich de l'antenne par maintien de ses éléments en place au moyen de barres de gabarit 18 et 19 positionnées avec précision sur la face supérieure du plateau rayonnant à l'aide de picots et de trous de centrage non représentés placés en extrémités des barres de gabarit 18 et 19, et la soudure et le collage des éléments mis en place par un pressage à chaud entre deux mâchoires 25, 35 à une température supérieure à celle de fusion de la brasure indium-plomb, proche de la température de ramollissement du matériau thermoplastique constituant les goulottes. Les guides d'ondes de l'antenne sont fermés à leurs deux extrémités par des courts-circuits et des charges adaptées évitant les réflexions. Les courts-circuits en extrémité de guide d'ondes peuvent être obtenus par exemple au moyen d'une nappe plane de fils métalliques disposés transversalement entre les deux grandes faces du guide et soudés au travers de trous métallisés. Ils peuvent également être obtenus au moyen d'une paroi d'extrémité de goulotte métallisée sur sa face interne. Une telle paroi transversale d'extrémité est alors réalisée et mise en forme de la même façon que les parois latérales de goulotte 11. Cette dernière solution peut aider à rendre les guides d'ondes étanches. L'excitation des guides d'ondes peut être réalisée au moyen de sondes plongeant dans leur conduit aux travers d'ouvertures pratiquées dans les goulottes 1, depuis la plaque de rigidification 3. Elle peut aussi être réalisée à l'aide d'un guide d'ondes d'alimentation disposé perpendiculairement aux guides d'ondes d'antenne sur la face extérieure du plateau de rigidification 3. Ce guide d'ondes d'alimentation est alors réalisé dans la même technologie que les guides d'ondes d'antenne eux- mêmes, c'est-à-dire au moyen d'une goulotte en un matériau plastique à paroi intérieure métallisée, soudée par ses bords rabattus à une bande métallisée gravée de fentes de la face extérieure du plateau de rigidification 3, fentes qui viennent en regard d'ouvertures pratiquées dans la métallisation des goulottes 1. Les figures 5 et 6 détaillent une variante permettant de réduire la distance entre les guides d'ondes de l'antenne. Selon cette variante, les goulottes 1 ont des bords rabattus 12 crénelés se présentant sous la forme d'une succession de pattes espacées 121, 122. Grâce à cette forme et à un décalage longitudinal adéquat de leurs pattes respectives 121, 122, les bords rabattus 12 de deux goulottes voisines 1 peuvent être emboîtés l'un dans l'autre, leurs pattes venant se placer les unes entre les autres. Leur encombrement diminue ainsi grandement, ce qui est un avantage, lorsque l'on cherche à rapprocher les alignements de fentes rayonnantes pour obtenir un écartement inférieur à la moitié de la longueur d'ondes utilisée garantissant une absence de lobes de réseau. La figure 7 détaille une fente rayonnante 22. Celle-ci est chevauchée en son milieu par une diode de court-circuit 26 permettant d'ajuster sa longueur électrique. La diode 26 est raccordée d'un côté au plan de métallisation 21 du plateau rayonnant 2 et, de l'autre côté à une plage de connexion 27 isolée du plan de métallisation 21 du plateau rayonnant 2 mais en contact par une traversée métallique 28 avec une piste conductrice qui est tracée sur la face inférieure du plateau rayonnant 2 et serpente entre les fentes rayonnantes 22 en direction d'un ou plusieurs connecteurs placés en bordure du plateau rayonnant 2 centralisant les commandes de polarisation des diodes. En variante, il est possible de remplir d'un matériau diélectrique solide tel qu'une mousse, I'intérieur des goulottes 1 afin d'améliorer la résistance de l'antenne 1 aux agressions de l'environnement (humidité,...). Ce remplissage de diélectrique solide a également l'avantage d'améliorer encore la rigidité de l'antenne. Il peut être mis avant l'assemblage des pièces de l'antenne et constituer un élément de l'outillage qui n'est pas enlevé ou être introduit après, par exemple par expansion d'une mousse ou introduction d'une barre en matériau diélectrique. Sur la figure 1 qui est relative à une réalisation de l'antenne au moyen de goulottes 1 à bords rabattus 12 non crénelés, on a représenté un double ruban de brasure indium plomb 23 entre chaque alignement de fentes rayonnantes 22. Ce double ruban peut bien évidemment être remplacé par un seul ruban plus large. Comme on vient de le voir, les différents éléments constituant la structure en sandwich de l'antenne: les plateaux rayonnant et de rigidification ainsi que les goulottes ressortent de la technologie des circuits imprimés. Comme les circuits imprimés, ils sont constitués de feuillards de matériaux diélectriques tissés ou non tissés, souvent à base de composites fibres de verre-résine thermoplastique ou thermodurcissable, revêtus au besoin d'une métallisation. Au cours de la description du mode de réalisation, on a supposé que les feuillards utilisés étaient à base de résine thermoplastique autocollante à chaud. Il n'a donc pas été mention d'utilisation de colle lors des assemblages. Cependant, il est possible de recourir à des colles lors des assemblages pour améliorer les adhérences entre couches ou simplement pour réaliser l'adhérence entre couches lorsque la résine utilisée n'est pas thermoplastique mais simplement thermodurcissable. De la même manière, on n'a mentionné que des métallisations à base de cuivre, mais il est bien évident que des métallisations à base d'autres métaux peuvent être envisagées et notamment à base de tous les métaux et alliages utilisés en hyperfréquence. REV ENDI CATI 0 N S 1. Antenne réseau à fentes rayonnantes caractérisée en ce qu'elle a une structure en sandwich avec: - un plateau rayonnant (2) en circuit imprimé transparent aux hyperfréquences ayant, sur sa face supérieure (20), un plan de métallisation (21) dans lequel sont gravés des alignements de fentes rayonnantes (22), - des goulottes (1) en un matériau plastique, à paroi intérieure métallisée, qui présentent leur partie creuse en regard du plateau rayonnant (2), qui sont soudées par leurs bords (12) au plan de métallisation (21) de la face supérieure (20) du plateau rayonnant (2), sur et parallèlement aux alignements de fentes rayonnantes (22) de manière à les chevaucher et qui reconstituent les trois parois manquantes de guides d'ondes dont la quatrième paroi est constituée par le plan de métallisation (21) gravé de fentes rayonnantes (22) de la face supérieure (20) du plateau rayonnant (2), et - un plateau supérieur (3) assemblé aux dos des goulottes (1) pour assurer la rigidité de l'antenne. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites goulottes (1) présentent des bords rabattus (12) crénelés formant une succession de pattes espacées longitudinalement (121, 122), les pattes respectives (121, 122) des bords rabattus en vis à vis de deux goulottes (1) placées côte à côte étant décalées les unes par rapport aux autres afin de pouvoir s'emboîter les unes entre les autres et réduire l'espacement entre goulottes (1). 3. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites goulottes (1) sont remplies d'un matériau diélectrique solide. 4. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites goulottes (1) sont fermées à leurs extrémités par une paroi rabattue. 5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite paroi rabattue est revêtue sur sa face interne d'une peau métallique et constitue un court-circuit électrique pour les ondes. 6. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites goulottes (1) sont équipées à leurs extrémités d'une nappe plane transversale de fils métalliques joignant leur fond à la paroi supérieure en regard du plateau rayonnant (2) et constituant un court- circuit électrique pour les ondes. 7. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les goulottes (1) résultent de la déformation à chaud d'un feuillard en plastique (13) revêtu, sur une face, d'une peau métallique (14). 8. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les métallisations du plateau rayonnant (2) et des goulottes (1) sont des métallisations au cuivre et en ce que la soudure des bords (12) des goulottes (1) sur le plateau rayonnant (2) se fait entre métallisations au moyen d'un réseau de rubans (23) de brasure indium-plomb déposés sur le plan de métallisation (21) de la face supérieure (20) du plateau rayonnant (2) dans les zones en regard des bords (12) des goulottes (1). 9. Antenne selon la revendication 1, avec des diodes de court- circuit (26) placées à cheval sur les fentes rayonnantes (22) pour en contrôler la longueur électrique, caractérisée en ce que la face inférieure du plateau rayonnant (2) est équipée de pistes conductrices qui serpentent entre les fentes rayonnantes (22), depuis les bords de chaque fente rayonnante (22) jusqu'au bords du plateau rayonnant (2) pour centraliser les commandes de polarisation desdites diodes de court- circuit (26). 10. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plateau supérieur de rigidification (3) est un circuit imprimé supportant sur sa face extérieure à l'antenne, des composants électroniques. 11. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les goulottes (1) sont constituées d'un feuillard en composite fibres de verre-résine thermoplastique (13) revêtu sur une face d'une feuille métallique (14) et déformé à chaud. 12. Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'assemblage du plateau supérieure de rigidification (3) aux dos des goulottes se fait par simple pression à chaud, à une température voisine de la température de ramollissement de la résine thermoplastique des goulottes (1).