Brevet FR2764738A1 — publié le 19981218

La présente invention concerne un dispositif d'émission et/ou de réception intégré. Elle s'applique par exemple pour la réalisation de capteurs intégrés à large bande. Un capteur intégré est généralement formé de plusieurs éléments indépendants reliés par des moyens de connexion classiques. Ces éléments sont par exemple constitués d'une ou plusieurs antennes planes, d'un circuit comportant les fonctions hyperfréquence avec son propre boîtier mécanique, d'un lien coaxial entre l'antenne et le boîtier précité et d'une carte analogique de commande reliée à ce boîtier par des connexions par fils ou par nappes. Dans le but de réaliser un capteur compact et bien intégré, L'antenne est constituée d'un élément rayonnant plan, appelé généralement patch . La tenue des contraintes d'environnement et la cohésion mécanique sont réalisés par plusieurs boîtiers indépendants. Le boîtier comportant les fonctions hyperfréquence comporte plusieurs céramiques reliées entre elles par des rubans ou des fils dorés. A des fréquences de fonctionnement élevées, de l'ordre de une à plusieurs dizaines de Gigahertz par exemple, de trés faibles différences sur les dimensions peuvent introduire des différences de phases non négligeables entre les voies. En conséquence, les céramiques fabriquées indépendamment les unes des autre présentent des dispersions physiques nécessitant un ajustage des différentes voies de réception, cet ajustage étant réalisé au niveau des différences de phases et d'amplitudes créés entre les voies, supposées identiques. D'autres inconvénients sont dus au mode de réalisation actuel des capteurs. En particulier, les câbles, en grand nombre, empêchent le capteur de fonctionner en sous-bandes. Un fonctionnent en sous-bandes utilise plusieurs types d'antennes affectés chacun à une sous-bande, ainsi chaque antenne est parfaitement adaptée aux signaux reçus, ce qui permet notamment d'améliorer la sensibilité de détection de ces signaux reçus. De plus le bruit est diminué suite à la réduction des largeurs de bande en jeu. II est par ailleurs à noter que l'allongement des longueurs électriques entraîne des ondulations et donc ici encore une baisse de sensibilité au niveau des signaux reçus. Le but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités par une réalisation compacte développée dans les trois dimensions. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif d'émission ou de réception, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs couches présentant des ouvertures de façon à ce que leur empilement réalise une ou plusieurs antennes. L'invention a notamment pour principaux avantages qu'elle permet une simplification de structure mécanique, qu'elle permet une simplification du traitement des informations fournies, qu'elle permet des évolutions et des réparations faciles et qu'elle est économique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent: - la figure i, le principe de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2, un exemple d'ouverture dans une couche constitutive d'un dispositif selon l'invention; - la figure 3, par une vue éclatée, un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 4, un exemple de réalisation selon l'invention comportant un composant enfoui - la figure 5, un exemple de réalisation selon l'invention comportant une couche supplémentaire supérieure pour augmenter les gains d'antenne ou une couche supplémentaire inférieure de commande et de traitement numérique; - les figures 6a, 6b et 6c respectivement un exemple de réalisation non hermétique et deux exemples de réalisations hermétiques. La figure 1 illustre le principe de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Pour notamment obtenir un dispositif compact, il n'est pas utilisé des antennes à éléments plans rayonnant mais des antennes en volume, par exemple à cornet 1. Ces antennes à cornet sont formées par I'assemblage des circuits hyperfréquence et l'empilement de leurs supports mécaniques 2 selon un axe z perpendiculaire au plan de ces derniers, les antennes à cornet étant imbriquées dans ces circuits hyperfréquence. Tout en permettant la réalisation d'un dispositif compact et intégré, I'invention permet donc d'utiliser des antennes à volume important, et d'obtenir en conséquence un bon rendement. Par ailleurs, la disparition des connexions entre boîtiers permet de séparer le signal en sous-bandes, relativement étroites, auxquelles des antennes à cornet sont particulièrement bien adaptées, notamment pour la réception. La fabrication des antennes n'entraîne aucun surcoût car elles sont constituées de l'assemblage des supports mécaniques 2. De façon à optimiser les liaisons entre les circuits hyperfréquence et les antennes, ces circuits sont de préférence supportés par des couches 2 internes constitutives des antennes. Tous les supports mécaniques 2 ne contiennent pas cependant des circuits ou des éléments de circuits hyperfréquence. Les supports 2 sont par exemple des circuits imprimés ou des plaques métalliques pures, s'ils sont en circuit imprimé, leurs tranches qui constituent des parties de paroi des cornets ou des guides d'onde sont par exemple métallisées comme l'illustre la figure 2. Cette dernière montre un circuit imprimé 2, qui supporte par exemple des fonctions hyperfréquence non représentées. Ce circuit imprimé présente un trou ou une percée 21 qui constitue une partie de guide ou de cornet, et dont les tranches 22 sont métallisées. Un support mécanique 2 supportant ou non un circuit constitue une couche du dispositif selon l'invention. Les couches 2 n'ont pas nécessairement la même épaisseur, celle-ci dépend notamment des fonctions ou des circuits qui composent la couche, ou encore des matériaux utilisés. L'empilement de couches 2 ouvertes au sens hyperfréquence, percées ou non, pour réaliser les cornets 1 et les guides d'onde associés 4 constituant les antennes, doit assurer la continuité électrique des parois des cornets et des guides, par exemple grâce à une métallisation des tranches 22 des couches percées ou à des trous métallisés répartis convenablement pour les couches non percées, la continuité étant obtenue dans ce cas par exemple par contact direct entre les couches ou par l'interposition de câbles ou de joints conducteurs. Un signal hyperfréquence est capté ou émis par un ou plusieurs plongeurs 3, par exemple gravés sur les supports 2, qui dépassent dans les guides d'onde 4 menant aux cornets 1. Ces guides 4 sont formés de la même façon que les cornets 1, c'est à dire par l'empilement des supports mécaniques. Ils peuvent aussi être imbriqués dans les circuits hyperfréquence. Les supports mécaniques 2 étant percés à cet effet. Les percées effectuées correspondent à des sections transversales des cornets et des guides. Un support ou couche 5 ferme un guide d'onde. Ce support 5 est par exemple un circuit imprimé dont une surface est métallisée en regard des guides 4. Ces guides peuvent avoir des profondeurs différentes, en d'autres termes ce n'est pas le même support qui ferme ou court-circuite tous les guides d'ondes. La figure 3 montre par une vue éclatée en perspective un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La vue est éclatée selon l'axe z précité. Un premier support 31 comporte les cornets 1 des différentes antennes. Ce premier support peut être par exemple monobloc, en métal. II peut être aussi par exemple constitué de plusieurs couches ou circuits imprimés contenant ou non des fonctions hyperfréquence. D'autres supports mécaniques 32 forment par exemple par leur empilement les guides d'onde 4. Ces support mécaniques sont par exemple des circuits imprimés et comportent par exemple des fonctions hyperfréquence 33. Des derniers supports 34, 35 ferment par exemple notamment les guides d'ondes 4, tout en comportant des circuits électroniques. Dans l'exemple de mise en oeuvre de la figure 3, le dispositif selon l'invention fonctionne selon trois sous-bandes de fréquence, I'ensemble des sous-bandes constituant la bande totale de fonctionnement. A cet effet, il comporte trois types d'antennes, et donc notamment trois séries de cornets 1. Un type d'antenne est adapté à une sous-bande donnée. II est défini par la section des cornets 1 et des guides 4, ainsi que par leur profondeur. La figure 1 montre ainsi en coupe deux antennes 6, 7 adaptées à deux sous-bandes différentes. Les antennes étant constituées par l'empilement des différentes couches 2, 31, 32, 34, 35, les informations y sont par exemple captées par les plongeurs 3 gravés sur des substrats qui constituent tout ou parties des supports mécaniques empilés, ces substrats supportant par ailleurs des fonctions hyperfréquence. Une couche sert par exemple à émettre un signal de test ou de calibrage, le signal émis par un plongeur 3 à partir d'une couche basse est par exemple capté par les circuits de réception implantés sur une couche de niveau supérieur, le niveau de hauteur étant pris dans le sens de l'axe z, dirigé du fond des guides vers l'ouverture des cornets. Un cornet 1 se termine en guide d'onde 4 qui traverse plusieurs couches 2 de circuits, et il peut être connecté à chaque circuit par un plongeur 3 relié à ce dernier. Les informations à hautes fréquences peuvent alors être captées et traitées par les couches les plus hautes, ce qui diminue le chemin des signaux et donc les pertes, les signaux subissant une transposition de fréquence au plus près des antennes. Une couche 2 peut être constituée par exemple d'un substrat unique. Pour des applications qui nécessitent des voies de réceptions identiques, il est alors possible de regrouper toutes ces voies sur une même couche, ce qui limite les dispersions entre voies. Ainsi, dans le cas où le découpage de la bande utile en sous-bandes doit se faire sans l'apparition de différences de phases entre les voies, chaque couche est composée d'un seul circuit imprimé qui regroupe les mêmes fonctions des différentes voies. Les dispersions dues aux différences de processus de fabrication sont réduites. Cette possibilité de disposer sur une même couche 2 les fonctions de même nature pour toutes les voies est applicable aux autres fonctions électroniques des chaînes de réception, d'émission, de traitement, de commande, d'alimentation ou encore d'interface. Par ailleurs, un dispositif selon l'invention peut évoluer facilement dans la mesure où chaque couche peut contenir une fonction électronique ou hyperfréquence indépendante. Pour cette même raison, un tel dispositif est facilement réparable. Le passage des signaux hyperfréquence entre couches est par exemple assuré par des transitions coaxiales soudées aux pistes d'arrivées ou de départ. En ce qui concerne les signaux à basse fréquence, leur passage entre couches peut être assuré selon l'axe z par les techniques connues des circuits imprimés multi-couches. L'invention fait disparaître toutes les connexions filaires entre les différents sous-ensembles tels que les antennes, les fonctions analogiques ou numériques. Les réflexions et les pertes dues aux passages entre les câbles et les boîtiers disparaissent. Le système devient donc plus sensible et nécessite moins d'amplificateurs, qui sont des éléments coûteux dans les circuits hyperfréquence. II en résulte par ailleurs une diminution de bruit. Finalement, tout cela simplifie le traitement de l'information. La diminution des amplificateurs hyperfréquence entraîne de plus une diminution des problèmes de conditionnement thermique grâce à une dissipation moindre. Des trous taraudés 36 sont par exemple prévus, par exemple aux coins de chacune couches 2, 31, 32, 34, 35, celles-ci ayant notamment une surface rectangulaire. Les couches peuvent alors être fixées entre elles par des vis traversant l'empilement global. La fixation des couches entre elles peut encore se faire par collage ou soudure, cependant l'empilement ne peut plus alors être démonté facilement, ce qui complique ou rend impossible les réparations ou l'intervention sur des pistes enfouies, ou encore sur des composants enfouis tels qu'illustrés par la figure suivante. La figure 4 montre un exemple de réalisation partielle qui permet de gagner encore en compacité et en intégration. Un composant 41 est enfoui entre deux couches 2. A cet effet, au moins une des deux couches est creusée pour loger le composant. Le composant 41 est par exemple un composant à monter en surface, qui a comme avantage notamment d'être monté facilement sur un circuit imprimé. On évite ainsi l'utilisation de composants sous forme de puce, dont le câblage et le conditionnement sont coûteux. L'utilisation de composants à monter en surface est notamment possible grâce au fonctionnement en sous-bandes qui permet à ces composants de fonctionner en bandes étroites. La figure 5 illustre d'autres exemples de réalisations possibles d'un dispositif d'émission ou de réception selon l'invention par une vue éclatée selon l'axe z. Les couches 31, 32, 34, 35 représentées en vue éclatée sur la figure 3 sont ici regroupées. Une couche supérieure supplémentaire 51 est placée devant les cornets 1 de façon a augmenter le gain des antennes. A cet effet, la couche supplémentaire comporte des ouvertures 52 disposées en regard des cornets 1 de la première couche 31. La couche supplémentaire est par exemple réalisée en un seul bloc métallique. Au moins une couche supplémentaire 53, par exemple inférieure, est par exemple aussi prévue. Cette couche comporte notamment des fonctions analogiques à basse fréquence et des fonctions numériques. Ces fonctions comprennent par exemple des moyens de conversion analogique numérique de façon à convertir numériquement les signaux captés. Un processeur permet par exemple d'interpréter ou de mettre en forme les signaux ainsi convertis afin que le dispositif d'émission ou de réception soit en mesure de délivrer directement une donnée numérique représentative des signaux captés. Ces données peuvent être pris en compte par des moyens de lecture ou de traitement quelconques au moyen par exemple d'interfaces classiques. La couche supplémentaire 53 contient aussi par exemple des fonctions numériques destinées à assurer des commandes d'émission ou de réception. L'invention permet d'obtenir une structure mécanique simplifiée, car cette dernière est constituée principalement de l'empilement des couches. II y a une simplification de la protection mécanique puisque les couches une fois réunies forment un coffret remplaçant les nombreux coffrets des solutions actuelles. La structure ainsi formée telle qu'illustrée par exemple par la figure 6a n'est cependant pas hermétique. En cas de besoin elle peut être rendue hermétique selon des exemples de réalisation tels qu'illustrés par les figures 6b et 6c. La figure 6a représente un empilement de couches 2 non hermétique, I'ensemble étant par exemple fixé par des vis 61 traversant les couches. Certains circuits, comportant notamment des pistes et des composants hyperfréquence ont besoin d'être isolés de l'environnement extérieur pour des raisons de tenue mécanique ou de durée de vie par exemple. La figure 6b présente un premier exemple d'isolation hermétique. L'ensemble des couches est enfermé dans un boîtier 62 recouvert d'un couvercle 63 possédant des fenêtres diélectriques permettant de laisser passer les ondes hyperfréquence, ces fenêtres sont disposées en regard des ouvertures d'antenne 1, 52. Un joint 64 assure une parfaite étanchéité entre le boîtier et le couvercle. Le couvercle 63 est par exemple entièrement en matériau diélectrique. La figure 6c présente un autre exemple d'isolation hermétique. A cet effet, les couches 2 sont agrandies une sur deux de façon à intercaler un joint 65, serré entre les extrémités des couches agrandies. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'émission ou de réception, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs couches (2, 31, 32, 34, 35) présentant des ouvertures (21) de façon à ce que leur empilement réalise une ou plusieurs antennes (6, 7). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des couches internes (32) comportent des circuits hyperfréquence. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les couches (32) sont constitutives des antennes. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une antenne comportant un cornet (1), un guide d'onde (4) guidant un signal hyperfréquence vers le cornet, des plongeurs (3) gravés sur les supports dépassent dans les guides d'onde (4). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une antenne comportant un cornet (1), un guide d'onde (4) guidant un signal hyperfréquence vers le cornet, une couche (2, 5, 34, 35) ferme le guide. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs types d'antennes de façon à fonctionner en sous-bandes. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un signal est émis par un plongeur (3) à partir d'une couche basse et est capté par les circuits de réceptions implantés sur une couche de niveau supérieur, le niveau augmentant vers les ouvertures d'antennes. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que toutes les voies de réception ou d'émission sont implantées sur une même couche. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une couche comporte les fonctions électroniques ou hyperfréquence de même nature de toutes les voies de réception ou d'émission. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque couche comporte une fonction électronique ou hyperfréquence indépendante. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des trous taraudés (36) sont réalisés dans les couches, ces dernières étant fixées entre elles par des vis (61). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un composant (41) est enfoui entre deux couches (2), au moins une des deux couches étant creusée pour loger le composant. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une couche supplémentaire supérieure (51) comportant des ouvertures (52) prolongeant les antennes est placée sur celles-ci de façon à augmenter leur gain. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une couche (53) sur laquelle sont implantés des circuits analogiques à basse fréquence et des circuits numériques de traitement des signaux reçus. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une couche (53) sur laquelle sont implantés des circuits numériques de commande d'émission ou de réception. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble des couches est enfermé dans un boîtier (62) fermé par un couvercle (63) présentant des fenêtres diélectriques en regard des ouvertures d'antenne (1, 52). 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les couches (2) sont agrandies une sur deux, un joint (65) étant serré entre les extrémités des couches agrandies. 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tranches (22) de couches (2) donnant sur les antennes sont métallisées. 19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les couches (2) comportent des trous métallisés pour assurer la continuité électrique.