Brevet FR2918507A1 — publié le 20090109

Connecteur pour éléments hyperfréquences L'invention se rapporte à un connecteur pour éléments hyperfréquences et notamment un connecteur pour antenne destiné à assurer la liaison hyperfréquence entre des éléments rayonnants et des modules d'émission/réception. De manière générale, une partie importante du coût d'une antenne vient des connecteurs reliant les éléments hyperfréquences (éléments rayonnants, émetteurs ou récepteurs) entre eux. Cette fonction est indispensable sans quoi le fonctionnement n'est pas possible puisqu'on ne peut pas relier les éléments rayonnants des émetteurs et/ou récepteurs dans l'antenne. Elle est délicate à réaliser du fait des contraintes mécaniques, de l'environnement, des tenues en température et en vibrations de l'ensemble des éléments connectés entre eux, et de leur nombre. Il n'est pas proposé à ce jour de connecteur qui fonctionne à la fois dans les bandes hyperfréquences radar et qui accepte des tolérances radiale et axiale de plusieurs millimètres. Les solutions classiques consistent à fabriquer une pièce mécanique complexe autour du connecteur afin de compenser ces tolérances. Un tel procédé est lourd et coûteux, puisque la connexion ne fonctionne que lorsque le support mécanique est réalisé avec une grande précision. Grâce à une association astucieuse d'éléments mécaniques et d'éléments hyperfréquences, l'invention propose un nouveau connecteur pour un fonctionnement hyperfréquence, assurant une connexion parfaite des éléments, tout en s'affranchissant d'importantes contraintes mécaniques telles que de grandes tolérances axiale et radiale. Plus précisément l'invention a pour objet un connecteur pour éléments hyperfréquences comportant au moins un élément central conducteur émissif de connexion et des éléments périphériques de connexion de masse, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : un câble coaxial présentant une ligne excitatrice centrale et au rnoins un élément coaxial périphérique de masse ; des premiers moyens de connexion et des seconds moyens cle connexion pour relier respectivement l'élément central conducteur émissif de connexion à la ligne excitatrice centrale et les éléments périphériques de connexion de masse à l' élément coaxial périphérique de masse. On peut avantageusement effectuer un calcul de l'impédance du connecteur qui est fonction du diamètre de l'élément central conducteur et de la position des éléments de masse situés autour. Ceci fixe donc, à partir de la permittivité du matériau, la distance des éléments de masse par rapport à l'élément central. Selon une variante de l'invention, l'élément central conducteur émissif de 10 connexion et les éléments périphériques de connexion de masse sont des pistons. Selon une variante de l'invention, le connecteur comporte en outre un ressort monté sur le câble coaxial pour augmenter le degré de tolérance axiale et radiale dudit connecteur. 15 Selon une variante de l'invention, le connecteur comporte un premier joint périphérique externe permettant de renforcer l'étanchéité dudit connecteur. Selon une variante de l'invention, lé connecteur comporte un second joint périphérique externe permettant d'assurer une compatibilité électromagnétique en rendant ledit joint isolant aux bandes de fréquences autres que celles 20 d'utilisation du composant (par exemple une antenne) pour lequel le connecteur est destiné. Selon une variante de l'invention, le connecteur comporte une partie conductrice d'adaptation d'impédance dans laquelle est noyée la jonction entre l'élément central conducteur émissif et la ligne émettrice coaxiale. 25 Selon une variante de l'invention, le connecteur comporte une pièce diélectrique au sein de laquelle sont intégrés l'élément central conducteur émissif et les éléments périphériques de masse. Avantageusement cette pièce diélectrique peut être en Téflon. Avantageusement, le connecteur pouvant être utilisé aussi bien à 30 l'émission qu'à la réception. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non 35 limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : - les figures 1 a et lb illustrent une vue en perspective et une vue en coupe d'un premier exemple de connecteur selon l'invention ; la figure 2 illustre une vue éclatée de l'ensemble comportant l'élément central conducteur émissif de connexion et les éléments périphériques de connexion de masse et du câble coaxial ; -les figures 3a, 3b, 3c et 3d illustrent des vues partielles de parties constitutives de l'exemple de connecteur schématisé en figures la et lb ; les figures 4a et 4b illustrent respectivement l'évolution des paramètres S12 (relatif à la transmission) et S11 (relatif à la réflexion) en fonction de la fréquence pour un exemple de connecteur selon l'invention. 15 De manière générale, le connecteur pour éléments hyperfréquences particulièrement importants dans le cadre d'adressage d'antenne, comporte avantageusement des éléments de connexion de type pistons, facilement interfaçables avec les éléments d'une surface 20 rayonnante. Ainsi selon l'invention, pour éviter une pièce et un montage mécanique supplémentaires au niveau du connecteur, la solution proposée s'appuie sur des moyens de type pistons encore couramment appelés spring loaded contact (SLC) en dénomination anglaise, comme points de connexion hyperfréquence de signal et de masse intégrés dans un diélectrique ; ceci évite la soudure des connecteurs sur les pistes des circuits imprimés et permet d'optimiser le nombre de points de connexion pour avoir une bonne transmission hyperfréquence du signal et un bon contact de masse ; - des moyens de type ressort derrière les pistons pour augmenter les tolérances radiale et axiale permettant ainsi de disposer d'un degré de liberté des systèmes hyperfréquences 10 25 30 à assembler pour être dans les tolérances de quelques millimètres. L'exemple illustré en figures 1 a et lb met en évidence cette combinaison de moyens. A cet effet une première partie PI comporte un élément central Csi, entouré d'éléments de connexion périphériques CM,, ces différents éléments sont intégrés dans un matériau diélectrique isolant MI. Selon l'invention, l'ensemble de ces éléments est connecté à un câble coaxial P2. Plus précisément, l'élément central conducteur émissif Csi est connecté à la ligne centrale coaxiale Lsi, les éléments de connexion CM, sont connectés à la masse du câble coaxial, correspondant à sa surface périphérique. Avantageusement la partie P2 peut être solidaire d'une partie P'2 présentant un coude permettant de faciliter la fixation du connecteur sur une surface d'éléments émetteurs/récepteurs. La figure 2 montre une vue éclatée des parties PI et P2, la partie 15 PI comportant avantageusement des éléments de type pistons et ressort, la partie P2 comportant le câble coaxial comme détaillé ci-après. Les figures 3a, 3b, 3c et 3d montrent différentes parties éclatées mettant en évidence les éléments constitutifs d'un exemple de connecteur selon l'invention, soit : 20 - un ressort RI ; la ligne excitatrice Lsi du câble coaxial ; le piston Csi noyé dans un matériau d'adaptation d'impédance M2 un joint torique J~ dans la partie mécanique du connecteur 25 permettant d'assurer la fonction d'étanchéité de celui-ci, donc de la liaison hyperfréquence. Le connecteur est ainsi conçu de façon à toujours avoir la connexion entre les éléments hyperfréquences. Ceci est assuré par la compression permanente des pistons sur l'objet tel qu'un circuit imprimé hyperfréquence, le 30 ressort encaissant les variations ou tolérances mécaniques. Le fait de ne pas avoir à souder les connecteurs présente l'avantage considérable de ne pas faire subir d'échauffement, ou d'élévation en température des éléments à connecter. En particulier, les circuits imprimés hyperfréquences sont assez sensibles aux élévations de température dans la gamme de soudure de composants. Une 35 température élevée de soudure peut entraîner une destruction de ces circuits. Un second joint additionnel J2 peut également être prévu pour assurer une compatibilité électromagnétique en rendant ledit joint isolant aux bandes de fréquences autres que celles de fonctionnement de l'antenne pour laquelle le connecteur est destiné. Ainsi l'association du ressort et d'un câble coaxial permet de disposer d'un ensemble de connexion d'une grande longueur donnant un plus grand degré de flexibilité de connexion. Les mesures illustrées en figure 4a et 4b montrent que la partie du connecteur hors câble comporte très peu de pertes (s12 Exemple de réalisation : Typiquement selon cet exemple, la partie PI peut présenter une longueur d'environ 35 mm, la partie câble présentant la côte a, de matériau M2 peut être de l'ordre de 1,6 mm, la longueur a2 de I 'élément central Csi de type piston peut être de l'ordre de 11 mm, son diamètre (DI étant de l'ordre de 1,7 mm. Comme illustré en figure 3b, l'adaptation d'impédance entre la ligne excitatrice Ls1 et le piston Csi peut être réalisée dans une pièce MI de longueur a4 de l'ordre de 12,4 mm. Cette pièce M1 est travaillée pour pouvoir intégrer la ligne excitatrice Lsi, pour cela une structure cylindrique est perforée sur deux diamètres différents, di et d2 pouvant respectivement faire 3 mm et 1,65 mm, la partie la plus étroite pouvant présenter une longueur d'environ 2,2 mm. Le diamètre d3 de la pièce MI peut quant à lui être typiquement de l'ordre de 6 mm. Avantageusement, le matériau MI est en Téflon, le matériau M2 est en matériau conducteur pouvant être du cuivre, associé par exemple avec du nickel et de l'or. De façon plus générale, ce peut être un métal protégé par une dorure.30 REVENDICATIONS 1. Connecteur pour éléments hyperfréquences comportant au moins un élément central conducteur émissif de connexion (Cs1) et des éléments périphériques de connexion de masse (Cm), caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - un élément coaxial présentant une ligne excitatrice centrale (Ls1) et au moins un élément coaxial périphérique de masse ; des premiers moyens de connexion et des seconds moyens de connexion pour relier respectivement l'élément central conducteur émissif de connexion à la ligne excitatrice centrale et les éléments périphériques de connexion de masse avec I' élément coaxial périphérique de masse. 2. Connecteur pour éléments hyperfréquences selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément central conducteur émissif de connexion et des éléments périphériques de connexion de masse sont des pistons. 3. Connecteur pour éléments hyperfréquences selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un ressort (RI) monté sur l'élément coaxial pour augmenter le degré de tolérance axiale et radiale dudit connecteur. 4. Connecteur pour éléments hyperfréquences selon l'une des 25 revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un premier joint (JI) périphérique externe permettant de renforcer l'étanchéité dudit connecteur. 5. Connecteur pour éléments hyperfréquences selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un second joint (J2) 30 périphérique externe permettant d'assurer une compatibilité électromagnétique en rendant ledit joint. isolant aux bandes de fréquences autres que celles de fonctionnement de l'antenne pour laquelle le connecteur est destiné. 5 10 15 6. Connecteur pour éléments hyperfréquences selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une partie conductrice d'adaptation d'impédance (M2) dans laquelle est noyée la jonction entre le piston émissif et la ligne émettrice coaxiale. 7. Connecteur pour éléments hyperfréquences selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce diélectrique au sein de laquelle sont intégrés le piston central émissif et les pistons de masse (MI). 8. Connecteur pour éléments hyperfréquences selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pièce diélectrique est en téflon. 20