Brevet FR2899388A1 — publié le 20071005

SUBSTRAT MUNI D'UN ELEMENT ELECTROCONDUCTEUR A FONCTION D'ANTENNE L'invention se rapporte à un substrat comportant au moins un élément électroconducteur qui assure une fonction d'antenne pour émettre et/ ou recevoir des signaux électromagnétiques. On connaît comme substrats comportant des éléments électroconducteurs, les vitrages, qui sont largement répandus dans le domaine de l'automobile. Les éléments électroconducteurs sont le plus souvent employés comme pistes chauffantes, notamment sur des lunettes arrières, mais elles peuvent aussi être placées sur le vitrage pour y assurer une fonction d'alarme et/ou d'antenne. En pratique, les éléments électroconducteurs sont constitués de fils métalliques qui sont formés industriellement par sérigraphie classique d'une pâte électroconductrice formant un motif prédéterminé, et par cuisson de cette pâte. Le motif établit une largeur et une épaisseur précises des éléments selon la fonction finale desdits éléments, par exemple, en rapport avec l'impédance voulue pour une antenne. Du fait des fonctions intéressantes apportées par ces éléments conducteurs (chauffage, antenne, alarme), leur nombre sur un même vitrage à tendance à s'accroître au cours des années ce qui peut poser des problèmes d'encombrement et de visibilité. Ainsi, lorsque les pistes sont situées dans le champ de vision du vitrage, elles sont nettement visibles de l'intérieur, ce qui peut gêner le conducteur, et éventuellement de l'extérieur, ce qui nuit à l'esthétique du véhicule. Aussi, depuis quelques années, on réalise plutôt des éléments conducteurs sous forme de couche transparentes métalliques qui sont gravées ou découpées selon le motif souhaité. Par ailleurs, s'il y a plusieurs années, une antenne était seulement dédiée à la réception d'ondes radio, la technologie croissante dans le domaine des télécommunications impose de plus en plus de fournir des antennes vouées à différentes types d'émission et/ou réception, tels que le GPS, la téléphonie mobile... 2 Aussi, un véhicule est à présent doté d'antennes classiques de réception, tels que des fils conducteurs agencés sur les lunettes arrières, et d'antennes plus spécifiques telles que pour des systèmes du type GPS, téléphonie mobile, télépéages, etc...qui sont constitués par des antennes à fils ou configurées sous forme de patchs et agencées par exemple sur le toit du véhicule, ou qui sont constitués par des couches conductrices transparentes déposées sur les vitrages. Toutes ces applications ne fonctionnant pas sur les mêmes fréquences, il est nécessaire de configurer une antenne spécifique pour chaque application, ce qui ne simplifie pas la fabrication d'un véhicule et représente des coûts supplémentaires de réalisation et d'intégration au véhicule. Récemment, est apparu sur le marché un nouveau type d'antenne, dénommé antenne fractale, qui permet avec un unique dispositif de fonctionner sur plusieurs bandes de fréquences et qui présente en outre une taille miniaturisée. Une antenne fractale présente un motif à géométrie fractale, c'est-à-dire un motif de base qui est répété plusieurs fois, éventuellement à une échelle de taille différente et homothétique, de manière à couvrir plusieurs bandes de fréquences. Le brevet US 6 300 914 décrit par exemple une antenne fractale en forme de boucle qui est 5 à 10 fois plus petite qu'une antenne équivalente conventionnelle en basse fréquence. Cette antenne est par exemple formée par une couche conductrice déposée sur un substrat et découpée à la forme souhaitée. Diverses formes d'antennes à géométrie fractale peuvent être envisagées. La demande de brevet WO 02/01668 montre ainsi différents motifs tels que triangulaires, du type motif de Hilbert, flocon de Von Koch, tapis de Sierpinski ou une combinaison de ces motifs, les antennes étant obtenues à partir de couches conductrices formées sur des substrats. Depuis peu, de telles antennes formées sur des supports rigides telles que des matières plastiques sont intégrées à l'intérieur des boîtiers de rétroviseur, éliminant ainsi à la vue les antennes classiques disposées sur le toit. L'invention a pour but d'utiliser cette nouvelle technologie d'antennes fractales afin d'assurer un fonctionnement sur une plus large gamme de fréquences en bénéficiant d'une taille miniaturisée, la réalisation de ces antennes 3 devant être simple de mise en oeuvre, et permettre leur intégration dans le dispositif final d'utilisation de façon aisée et rapide. Selon l'invention, le substrat comportant au moins un élément électroconducteur qui assure une fonction d'antenne pour émettre et/ ou recevoir des signaux électromagnétiques, l'élément électroconducteur présentant un motif à géométrie fractale, est caractérisé en ce que le substrat est verrier et l'élément électroconducteur est constitué d'un matériau conducteur de l'électricité imprimé sur le substrat et cuit dans la surface du substrat. Associer à un substrat verrier, tel qu'un vitrage, une antenne à géométrie fractale présente de nombreux avantages qui sont liés à la taille réduite de l'antenne, au type de substrat utilisé constitué par le verre, et à la manière dont est associée cette antenne, à savoir par impression sur le substrat. Quant à la miniaturisation de l'antenne, on peut notamment citer les avantages suivants : - une importante flexibilité dans les motifs de l'antenne, ses dimensions et sa forme tout en autorisant un fonctionnement sur une pluralité de bandes de fréquences ; - une réduction de la zone occupée par rapport aux antennes classiques de l'art antérieur ; - la possibilité d'imprimer une pluralité d'antennes fractales sur le même substrat sans pour autant couvrir une large étendue du substrat ; - la possibilité de positionner l'antenne à différents endroits du substrat de manière sensiblement cachée, par exemple à proximité d'un élément de marquage, ou cachée derrière l'applique du rétroviseur intérieur ou du capteur de pluie pour un vitrage de véhicule; - la possibilité de choisir l'emplacement le plus approprié sur le vitrage en fonction de la forme, la taille, la courbure du vitrage ; L'impression de l'antenne directement sur le substrat verrier procure notamment les avantages suivants : - une plus grande efficacité que sur des substrats en matière plastiques qui sont ensuite intégrés de manière cachée dans les accessoires du véhicule, l'antenne agencée sur le vitrage étant plus proche de l'environnement extérieur ; 4 - la suppression des antennes extérieurement visibles et positionnées par exemple sur le toit du véhicule ; - la possibilité d'utiliser l'antenne imprimée comme un élément esthétique du vitrage courant autour de l'élément de marquage ; - la possibilité d'adapter le modèle d'antenne, une partie pouvant constituer une antenne à géométrie fractale, l'autre partie pouvant être une antenne usuelle ; - une réduction du poids de l'antenne et une réduction des coûts de fabrication et d'intégration au véhicule, puisqu'il n'est pas nécessaire d'avoir des supports intermédiaires pour l'antenne comme dans l'art antérieur; - le verre, qui constitue déjà un dispositif d'intégration de diverses fonctionnalités, fournit ainsi une fonctionnalité supplémentaire avec facilité et sans gêne quelconque. Ce type d'antenne participe à la plus-value du vitrage. - l'assurance d'un protection efficace contre le vandalisme car intégrée au vitrage et donc au véhicule, et non pas comme dans l'art antérieur rapportée dans un accessoire facilement accessible pour sa violation ; - amélioration de sa durabilité, car pour une application à un vitrage de véhicule, l'antenne est agencée à l'intérieur du véhicule et n'est donc pas exposée aux sollicitations environnementales extérieures. Quant au dépôt de l'antenne par impression, cela permet d'utiliser n'importe quel type de verre, quels que soient sa couleur, son épaisseur, et d'adapter facilement la couleur du matériau conducteur à déposer de manière à harmoniser avec la couleur du vitrage et/ou du véhicule. De plus, les coûts de fabrication de l'antenne et de son intégration dans sa destination finale ne sont pas particulièrement augmentés puisque l'impression sur verre est directement intégrée à la fabrication du vitrage destiné à être monté dans le véhicule. L'impression avec un émail permet de doser aisément la densité nécessaire du matériau (épaisseur, largeur) pour fournir le motif adapté d'antenne. Selon un mode de réalisation d'impression, le matériau conducteur de l'électricité est sérigraphié. Selon un autre mode de réalisation, l'impression du matériau conducteur de l'électricité est obtenue par jet d'encre ou d'émail, sans utilisation de masque mais à l'aide d'outils adaptés à assurer l'exactitude et la précision du motif. Selon encore un autre mode de réalisation, l'impression du matériau 5 conducteur de l'électricité est obtenue par son application au travers d'un masque, l'application étant réalisée par pulvérisation, ou à l'aide d'un rouleau ou selon un rideau continu de jet d'encre ou d'émail. Selon encore une autre variante, le matériau conducteur de l'électricité est imprimé par électro-photographie. Avantageusement, le matériau est cuit durant un traitement thermique en vue de la trempe et/ou du bombage du substrat. Selon une caractéristique, le matériau comporte des éléments conducteurs de l'électricité à teneur en poids entre 60% et 80%. Il s'agit par exemple d'une pâte à base d'argent, Le substrat peut présenter sur toute sa périphérie et en bordure, un émail noir sur lequel est imprimé l'élément électroconducteur d'antenne. L'élément électroconducteur d'antenne est avantageusement un émail qui, vitrifié après cuisson, présente ainsi l'avantage de ne requérir aucun dispositif de protection vis-à-vis du risque de son endommagement. Le substrat est destiné en particulier à constituer un vitrage, en vue d'une utilisation dans un engin de locomotion ou dans le bâtiment. Sans être limitatif, on pense en tant qu'engins de locomotion, aux véhicules automobile, avions, trains... L'utilisation d'antennes dans le bâtiment trouve de plus en plus sa place dans la technologie actuelle des télécommunications, le vitrage constituant en extérieur comme en intérieur du bâtiment une utilisation fonctionnelle autre que celle primaire d'un moyen transparent de vision. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont à présent être décrits en regard des figures sur lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique d'un substrat selon l'invention ; - la figure 2 est une vue détaillée de l'antenne du substrat selon un exemple de configuration. 6 La figure 1 illustre un vitrage 1 comportant un substrat verrier 10 qui a subi un traitement thermique et qui comporte une structure d'antenne 2 selon l'invention. Le vitrage est destiné à être utilisé par exemple dans un véhicule automobile, en tant que pare-brise, lunette arrière, vitre latérale, toit, vitre de rétroviseur. La forme illustrée ici est schématique ; toute forme de vitrage ou de paroi vitrée qui s'adapte au dispositif auquel le vitrage ou la paroi est destiné est envisageable. La structure d'antenne 2 est une antenne à géométrie fractale (figure 2). Cette antenne comprend un élément 20 électriquement conducteur qui se présente sous forme de segments disposés en série et en parallèle tels qu'ils forment un motif se répétant plusieurs fois, éventuellement à des échelles de tailles différentes et homothétiques. Le motif représenté sur la figure 2 est un exemple. D'autres motifs peuvent être envisagés, adaptés au positionnement de l'antenne sur le vitrage ou à l'application qui est faite de l'antenne. La particularité de cette antenne est de pouvoir fonctionner sur une pluralité de bandes de fréquences tout en étant de petite dimension. Ainsi, utilisant par exemple une surface d'environ 10 à 50 cm2, elle n'occupe qu'une partie restreinte du vitrage contrairement aux antennes usuelles. Dans le cas de l'exemple de réalisation représenté, l'antenne est installée en bord du vitrage, mais peut manifestement être installée en n'importe quel autre endroit du vitrage, et de préférence où son fonctionnement sera le plus opérationnel. Une fois en place dans le dispositif d'accueil, le vitrage présente l'antenne sur sa face intérieure, celle exposée à l'intérieur du dispositif, par exemple à l'intérieur du véhicule. De manière usuelle pour un vitrage de véhicule, le vitrage est pourvu d'un émail noir 11 agencé en bordure du vitrage et sur toute sa périphérie. Le matériau conducteur de l'antenne 2 est par exemple fait d'un émail de couleur différente et peut être déposé sur l'émail noir ou sur la surface transparente du vitrage. Le vitrage peut comporter plusieurs antennes fractales. Un même vitrage peut comporter au moins une antenne fractale et une antenne usuelle. Ces réalisations ne sont pas illustrées. 7 L'élément conducteur 20 est fait d'une encre ou d'une pâte à cuire conductrice de l'électricité, telle qu'un matériau à base d'argent, à teneur en poids entre 60% et 80%. De préférence, le matériau présente une résistance inférieure à 10 Ohm/m. La résistivité du matériau est de préférence d'environ 5 Sam de manière à permettre après cuisson un meilleur brasage pour la connexion de l'antenne à un conducteur d'amenée de courant (ici non illustré). Le matériau est appliqué de préférence par sérigraphie sur la surface du verre et est cuit dans la surface du verre au cours du processus thermique de 10 formage. Dans d'autres variantes d'impression du matériau, on procède à l'application d'encre ou d'émail conducteur à travers un masque de motif approprié, par diverses méthodes telles que par pulvérisation, par l'utilisation d'un rouleau, ou par l'envoi d'un rideau continu de jet d'encre. 15 On peut également procéder par jet d'encre ou d'émail sans nécessité de masque, les outils employés étant adaptés pour assurer l'exactitude et la précision du motif voulu. Enfin, un autre procédé consiste en l'électro-photographie. Dans le cadre de la réalisation d'impression par sérigraphie, le tamis 20 employé peut être obtenu par la technique photographique, connue en soi, qui consiste à recouvrir la surface du tamis d'une couche ou d'un film de résine photoréticulable et à opérer par projection d'une diapositive afin de reproduire le motif d'impression sur le tamis. La nature de fils constituant le tamis est de préférence du polyester et 25 chaque fil est constitué d'un fil unique de diamètre compris entre 40 et 80 pm. La racle qui permet de presser la pâte au travers du tamis de sérigraphie peut être une racle usuelle ayant une arête d'impression à angle droit, chanfreinée ou arrondie. De préférence, la racle est constituée d'une matière du type polymère, par exemple un polyuréthane, présentant une dureté Shore A comprise 30 entre 65 et 85. La sérigraphie permet d'ajuster au mieux l'épaisseur et la largeur des éléments conducteurs. Après cuisson, les éléments présentent en particulier une épaisseur inférieure à 5 pm et une largeur de l'ordre de 0,5 mm. 8 Dans le cas d'un vitrage pourvu d'une couche électriquement conductrice transparente telle que réfléchissant les infrarouges, on aura veillé à déposer l'antenne fractale sur une surface du substrat dépourvue de la couche conductrice transparente. REVENDICATIONS 1. Substrat (10) comportant au moins un élément électroconducteur (20) qui assure une fonction d'antenne pour émettre et/ ou recevoir des signaux électromagnétiques, l'élément électroconducteur présentant un motif à géométrie fractale, caractérisé en ce que le substrat (10) est verrier et l'élément électroconducteur (20) est constitué d'un matériau conducteur de l'électricité imprimé sur le substrat et cuit dans la surface du substrat. 2. Substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau conducteur de l'électricité est sérigraphié. 3. Substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'impression du matériau conducteur de l'électricité est obtenue par jet d'encre ou d'émail sans utilisation de masque. 4. Substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'impression du matériau conducteur de l'électricité est obtenue par son application au travers d'un masque, l'application étant réalisée par pulvérisation, ou à l'aide d'un rouleau ou selon un rideau continu de jet d'encre ou d'émail. 5. Substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'impression du matériau conducteur de l'électricité est obtenue par électro-photographie. 6. Substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau est cuit durant un traitement thermique en vue de la trempe et/ou du bombage du substrat. 7. Substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau comporte des éléments conducteurs d'électricité 25 à teneur en poids entre 60% et 80%. 8. Substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau est une pâte à base d'argent. 9. Substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente sur toute sa périphérie et en bordure, un émail 30 noir (11) sur lequel est imprimé l'élément conducteur (20). 10. Substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau élément conducteur est un émail. 11. Substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs éléments conducteurs (20) à géométrie fractales pour constituer plusieurs antennes fractales (2). 12. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément conducteur (20) à géométrie fractale qui constitue une antenne fractale (2), et au moins une autre antenne usuelle. 13. Substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes consistant en un vitrage (1). 14. Substrat selon la revendication 13, caractérisé en ce que le vitrage est intégré dans un engin de locomotion, en particulier un véhicule automobile. 15. Substrat selon la revendication 13, caractérisé en ce que le vitrage est intégré dans une paroi de bâtiment.