Brevet FR2881885A1 — publié le 20060811

"Antenne à balayage électronique à modules actifs" L'invention se rapporte à une antenne à balayage électronique, à modules actifs et concerne plus particulièrement les moyens de montage, de maintien et de refroidissement de tels modules. Une antenne à balayage électronique comporte un assemblage de modules actifs agencés côte-à-côte de façon que toutes les faces de sortie desdits modules soient regroupées au voisinage d'une surface d'émission. Lesdites faces de sortie comportent des moyens de raccordement à des éléments rayonnants élémentaires, placés devant les modules et occupant ladite surface d'émission. Cette dernière est par exemple approximativement circulaire. Chaque module actif comporte un circuit d'émission-réception et en général le circuit de commande de ce dernier. Le circuit d'émission-réception comporte des composants de puissance qui dégagent de la chaleur en fonctionnement. Il y a donc lieu de refroidir tous les modules. Par ailleurs, les contraintes de rayonnement imposent la forme et les dimensions des éléments rayonnants élémentaires et, par voie de conséquence, celles de la face de sortie de chaque module actif. On a proposé un agencement dans lequel chaque module actif a la forme d'un parallélépipède rectangle allongé, la face de sortie précitée du module est constituée par l'une des petites faces d'extrémité, carrée ou rectangulaire, de ce module. La surface d'émission est occupée par une mosaïque d'éléments de rayonnement élémentaires définissant un quadrillage ( à mailles carrées ou rectangulaires) de ladite surface d'émission. Chaque maille correspond à un élément de rayonnement élémentaire raccordé à la sortie d'un module actif précité. Ce quadrillage détermine donc, en grande partie, les dimensions de ladite face de sortie du module. Dans ce système connu, le boîtier de chaque module est consitué à partir d'un tronçon de profilé en H en matériau thermiquement conducteur, ladite face de sortie étant l'une des extrémités dudit tronçon. Le circuit d'émission-réception et le circuit de commande sont montés de part et d'autre de l'âme centrale du profilé en H et les deux ailes de ce profilé sont montées entre deux plaques parallèles, en matériau thermiquement conducteur, pour l'évacuation de la chaleur par conduction. Le refroidissement n'est pas satisfaisant car les zones froides extérieures (les plaques) sont trop éloignées des parties les plus chaudes (lesdites âmes centrales des profilés) portant les circuits d'émission-réception. De plus, les surfaces en contact entre le profilé et les plaques sont trop faibles et les contacts sont parfois mal réalisés. On ne peut augmenter les dimensions des éléments de refroidissement à cause des dimensions imposées des mailles du quadrillage. L'invention propose un nouvel agencement de montage des modules formant aussi système de refroidissement par une circulation de fluide. Dans cet esprit, l'invention concerne donc une antenne à balayage à modules actifs, du type incluant une pluralité de tels modules comportant chacun un circuit d'émission-réception, lesdits modules étant agencés parallèlement en correspondance avec un quadrillage prédéterminé d'une surface d'émission, caractérisée en ce que de tels modules sont disposés entre des poutres plates parallèles, creuses et traversées par un fluide de refroidissement sous pression et en ce que les parois de ces poutres sont suffisamment flexibles pour être déformées sous l'action de la pression dudit fluide de refroidissement, de façon à augmenter le contact thermique avec lesdits modules et à au moins contribuer au montage de ceux-ci. 2881885 3 De préférence, les modules sont agencés par paires, de façon que leurs faces de sortie correspondent à deux mailles voisines de la surface d'émission. Chaque module a alors une face de sortie de dimensions telles que sa largeur soit sensiblement égale à deux fois la largeur d'une maille et que sa hauteur soit sensiblement égale à la moitié de la hauteur d'une maille, ou réciproquement. Deux modules adjacents appartenant à la même paire définie ci-dessus, sont disposés de façon que chacun de leurs circuits d'émission-réception soit situé en regard de l'une de ces deux mailles, respectivement. De plus, chaque module est de préférence réalisé à partir d'un tronçon de profilé en U, les composants électroniques étant montés à l'intérieur de ce tronçon de profilé, en contact thermique avec la base de ce profilé. Cette base est directement appliquée contre une ou plusieurs poutres précitées. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation actuellement préféré d'une antenne à balayage conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 illustre la structure de base des modules actifs et de leurs éléments de montage et de refroidissement; - la figure 2 montre une vue en perspective d'un groupe de deux poutres susceptibles de supporter une rangée de modules; - la figure 3 est une coupe III-III de la figure 2, à plus grande échelle; et la figure 4 est une vue partielle avec arrachement du support de tous les modules, incorporant un ensemble de poutres semblables à celles de la figure 2. 2881885 4 En se référant plus particulièrement à la figure 1, on a représenté deux modules actifs 11 entrant dans la constitution d'une antenne à balayage et montés entre des poutres parallèles 12, formant éléments de refroidissement, qui seront décrites plus loin. Chaque module 11 a une forme de parallèlépipède rectangle allongé dont une petite face d'extrémité constitue sa face de sortie 14. Celle-ci comporte des moyens de raccordement (non représentés) à un élément rayonnant élémentaire disposé sur la surface d'émission. Le quadrillage 15 de cette dernière est représenté en trait mixte. Tous les modules sont disposés côte-à-côte dans des rangées parallèles délimitées par les poutres 12. A chaque maille, correspond un élément de rayonnement élémentaire (non représenté) connecté pour être alimenté par l'un des modules. Des moyens de connexion électriques 18 sont prévus sur l'autre petite face d'extrémité du module 11, à l'opposé de ladite face de sortie 14. Chaque module 11 comporte un circuit d'émission-réception 20 et un circuit de commande 21. Ces deux circuits sont logés côte-à-côte dans l'espace ménagé à l'intérieur d'un tronçon 22 de profilé en U, en matériau thermiquement conducteur. Ces circuits de composants semi-conducteurs sont construits sur des substrats de céramique eux-mêmes montés à l'intérieur du profilé, en contact thermique avec la base 22a de ce dernier. Le boîtier du module est refermé par une feuille mince 22b, en aluminium. La base 22a du profilé, par laquelle s'évacue principalement la chaleur dégagée par le circuit d'émission-réception, se trouve donc directement en contact thermique avec les poutres 12, sur pratiquement toute sa surface. Le refroidissement est donc très efficace. Le matériau thermiquement conducteur dans lequel est réalisé le tronçon de profilé en U peut être en aluminium ou en un autre métal tel que l'alliage dénommé 2881885 5 "COVAR", le titane ou le molybdène. Pour obtenir des caractéristiques de dilatation aussi voisines que possible de celles de la céramique qui porte les composants électroniques, on peut aussi envisager de réaliser ledit tronçon en un matériau composite à matrice métallique, comme par exemple de l'aluminium associé à des fibres de carbone ou encore un matériau composite de type carbone-carbone. Les poutres 12 plates et parallèles, sont creuses (figure 3) et traversées par un fluide de refroidissement. Ce dernier est mis en circulation lente sous pression dans l'ensemble des poutres parallèles par des moyens classiques schématisés à la figure 4. Il s'agit d'un circuit de circulation de liquide de refroidissement 23 comprenant principalement une pompe 24, un accumulateur de pression 25, un échangeur 26 et un réservoir de liquide de refroidissement 27. Les poutres sont des tubes plats, métalliques, ici en aluminium extrudé. Les modules 11 sont donc disposés en rangées entre de telles poutres plates parallèles. Les parois de celles-ci sont relativement flexibles pour être déformées élastiquement sous l'action de la pression du fluide de refroidissement qui les traverse. On assure ainsi, par un agencement particulièrement simple, l'assemblage de tous les modules 11 et leur immobilisation dans le support, ainsi qu'un bon contact thermique entre les bases 22a des tronçons de profilé en U et les poutres 12. De plus, ce type de support présente un encombrement minimum (l'épaisseur des poutres est de l'ordre de 3mm) ce qui laisse plus de place, toutes choses égales par ailleurs, pour loger les modules en regard du quadrillage prédéterminé de la surface d'émission. Pour que les circuits 20 et 21 puissent être disposés côte-à-côte, le tronçon de profilé 22 est 2881885 6 dimensionné de façon que la face de sortie du module 11 présente une largeur 1 correspondant sensiblement à deux fois la largeur d'une maille et une hauteur h correspondant sensiblement à la moitié de la hauteur d'une maille, ou réciproquement. Les modules sont agencés par paires (figure 1) de façon que les deux faces de sortie 14 correspondantes, situées l'une à côté de l'autre occupent deux mailles voisines. Ceci a deux conséquences importantes. D'une part, les modules d'une telle paire sont empilés entre des poutres parallèles et disposés en regard de façon que les bases 22a des tronçons- de profilé soient directement et pleinement en contact thermique avec les poutres. D'autre part, les circuits d'émission-réception 20 sont respectivement situés en regard des deux mailles considérées, ce qui facilite leur raccordement aux éléments rayonnants élémentaires correspondant à ces mailles, respectivement. Pour des raisons liées à l'extrusion des poutres (et compte tenu de la profondeur des modules), il est avantageux que les modules 11 soient montés entre des groupes de telles poutres. C'est ce qui est illustré aux figures 2 et 3. Les poutres 12 d'un groupe (un groupe comporte deux poutres dans l'exemple) s'étendent côte- à-côte dans un plan perpendiculaire à la surface d'émission. Les groupes de poutres sont agencés dans des plans parallèles (figure 4) pour soutenir des rangées de modules. Les poutres d'un même groupe sont montées entre deux supports 30, 31 se faisant face, symétriquement de part et d'autre d'une embase annulaire 32 de l'antenne. Des canaux 35 sont pratiqués à l'intérieur de ces supports; ils communiquent avec les espaces internes des poutres 12, pour permettre la circulation du fluide de refroidissement. Les supports 30 sont montés sur l'embase 32 par des vis non représentées. Le canal 35 de chaque support 2881885 7 30, 31 débouche sur sa surface de montage et communique avec un trou 34 pratiqué dans l'embase. Un joint torique non représenté assure l'étanchéité du raccordement. A l'arrière de l'embase 32, sont définies deux cavités étanches (non visibles sur les dessins), l'une communiquant avec tous les trous 34 pratiqués dans la partie gauche de l'embase (en considérant la figure 4) et l'autre communiquant avec tous les trous 35 pratiqués dans la partie droite. Les deux cavités sont en communication avec les deux branches 36 et 37 du circuit de circulation de liquide de refroidissement. Les espaces internes de toutes les poutres 12 sont ainsi insérés en parallèle dans ce circuit. L'accumulateur de pression 25 rempli par la pompe 24 maintient une certaine pression dans les poutres, propre à les déformer et à les appliquer en contact étroit avec tous les modules. L'immobilisation mécanique complète des modules est simultanément assurée par l'action de la pression interne du fluide. Des clapets anti-retour 40, 41 sont également insérés dans le circuit 23 en des points prédéterminés de celuici, de façon à maintenir la pression dans les poutres en toutes circonstances, notamment lorsque le système n'est pas en fonctionnement. Le clapet 41 inséré dans le circuit 23 du côté basse pression est taré élastiquement pour qu'une pression minimum soit maintenue dans les poutres, lorsque la pompe ne fonctionne pas. Les groupes de poutres montés entre leurs supports sont maintenus extérieurement dans un cadre en forme de virole 45 ceinturant l'ensemble des éléments constitutifs de l'antenne en assurant l'équilibre des forces de fusion développées sur les modules par les poutres creuses et en contribuant aussi à mieux répartir l'écoulement du fluide de refroidissement dans les poutres. Le démontage des modules est obtenu par mise à l'air libre du circuit de refroidissement, la pression 2881885 8 interne du fluide redevient sensiblement égale à zéro, les parois déformées des poutres reprennent leur forme primitive et les modules ne sont plus bloqués. 9 REVENDICATIONS 1- Antenne à balayage à modules actifs, du type incluant une pluralité de tels modules (11) comportant chacun un circuit d'émission-réception (20), lesdits modules étant agencés parallèlement en correspondance avec un quadrillage prédéterminé (15) d'une surface d'émission, caractérisée en ce que de tels modules sont disposés entre des poutres plates (12) parallèles, creuses et traversées par un fluide de refroidissement sous pression et en ce que les parois de ces poutres sont suffisamment flexibles pour être déformées sous l'action de la pression dudit fluide de refroidissement, de façon à augmenter le contact thermique avec lesdits modules et à au moins contribuer au montage de ceux-ci. 2- Antenne à balayage selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque module (11) comporte un tronçon de profilé en U (22) en matériau thermiquement conducteur, ledit tronçon abritant notamment un circuit d'émission-réception précité et en ce que la base (22a) de ce tronçon est appliquée contre au moins une poutre plate creuse précitée. 3- Antenne à balayage selon la revendication 1 ou 2 dans laquelle le quadrillage (15) de la surface d'émission est à mailles carrées ou rectangulaires, caracérisée en ce que chaque module est dimensionné de façon que sa face d'extrémité formant la face de sortie (14) du module, présente une largeur (1) correspondant sensiblement à deux fois la largeur d'une maille et une hauteur (h) correspondant sensiblement à la moitié de la hauteur d'une maille, ou réciproquement et en ce que les modules (11) sont agencés par paires correspondant à deux mailles voisines et disposés de façon que leurs circuits d'émission-réception (20) soient respectivement situés en regard des deux mailles voisines. 2881885 10 4- Antenne à balayage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits modules sont montés entre des groupes de telles poutres (figure 2) agencées dans des plans parallèles, les poutres d'un groupe s'étendant côte-à-côte dans un tel plan perpendiculaire à ladite surface d'émission. 5- Antenne à balayage selon la revendication 4, caractérisée en ce que les poutres d'un même groupe sont montées entre deux supports (30, 31) espacés, à l'intérieur desquels sont pratiqués des canaux (35) commmuniquant avec les espaces internes desdites poutres creuses, pour permettre la circulation du fluide de refroidissement. 6- Antenne à balayage selon la revendication 5, caractérisée en ce que les espaces internes desdites poutres creuses sont connectés dans un circuit de circulation du fluide de refroidissement (23) et en ce que ce circuit comporte un accumulateur (25) et des clapets anti-retour (40, 41) insérés en des points choisis du circuit, pour maintenir la pression dudit accumulateur dans lesdites poutres. 7- Antenne à balayage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdites poutres (12) sont constituées par des tubes plats métalliques, par exemple en aluminium extrudé. 8- Antenne à balayage selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que lesdits tronçons de profilé en U (22) sont réalisés en métal ou en matériau composite à matrice métallique ou en matériau composite de type carbone-carbone. 9- Antenne à balayage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un cadre (45) ceinturant l'ensemble des éléments constitutifs de l'antenne et contribuant à équilibrer les forces de pression exercées par les poutres sur les modules.