Brevet FR2970815A1 — publié le 20120727

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL Le domaine de l'invention est celui des antennes de télécommunication, et plus particulièrement celui des antennes imprimées pour les réseaux cellulaires mobiles et pour les faisceaux hertziens. Dans ce cadre général, l'invention concerne plus précisément une antenne imprimée optiquement transparente et encore plus précisément l'alimentation d'une telle antenne. ETAT DE LA TECHNIQUE Les figures 1 et 2 illustrent respectivement une vue de face et de dessous d'une antenne imprimée qui comprend, de manière classiquement connue en soi, un plan de masse 30, un plan de rayonnement 10 sous la forme d'un ou plusieurs éléments rayonnants 12-19, un plan d'alimentation 20 comprenant une ligne d'alimentation triplaque 21 et deux substrats diélectriques (typiquement de l'air) intercalés entre chaque plan. Le plan de masse 30 comprend un dépôt conducteur 31. Le plan de rayonnement comprend un dépôt conducteur 11 présentant des ouvertures constituées par des fentes dessinant les éléments rayonnants. Pour des raisons évidentes de lisibilité de la figure 1, le dépôt conducteur n'est pas représenté en tant que tel, seuls les éléments rayonnants sont représentés. La figure 2 illustre schématiquement une vue de dessous de l'antenne de la figure 1. L'alimentation de l'antenne est obtenue par un champ électromagnétique véhiculé par la ligne d'alimentation triplaque 21. L'antenne de la figure 1 comprend huit éléments rayonnants 12-19, La jonction coaxiale, comme montrée sur la figure 1, est disposée avantageusement à l'extrémité de l'antenne, soit dans la parte supérieure soit dans la partie inférieure de l'antenne, pour des raisons de proximité vis-à-vis des équipements radio. Un des problèmes est qu'il est nécessaire d'avoir une ligne d'alimentation triplaque qui s'étend jusqu'à la jonction triplaque-coaxiale en périphérie de l'antenne ce qui peut engendrer des pertes en transmission et nuire aux performances de l' antenne. Pour pallier ces inconvénients on peut prévoir de réduire substantiellement la longueur de la ligne triplaque en la limitant à sa fonction d'arborescence et la remplacer par un câble coaxial à faibles pertes reliant ladite ligne triplaque à la jonction coaxiale 40. En outre, le câble étant à l'extérieur de l'antenne, il est souvent nécessaire de le disposer dans un boitier de protection. Un problème est que cette configuration est incompatible avec des contraintes de discrétion visuelle de telles antennes. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention permet de remédier à au moins un des inconvénients précités. Selon un premier aspect, l'invention concerne une jonction triplaque-coaxial d'une antenne à technologie imprimée comprenant un plan de masse ; un plan de rayonnement et un plan d'alimentation comprenant une ligne d'alimentation triplaque, caractérisée en ce que la jonction triplaque-coaxial comprend un conducteur externe creux ayant une première surface en contact électrique avec le plan de masse, une seconde surface opposée à la première surface en contact électrique avec le plan de rayonnement et une troisième surface, s'étendant perpendiculairement aux première et seconde surfaces, qui est butée avec le plan d'alimentation, et en ce que le conducteur externe creux est adapté pour loger un élément conducteur d'une transition coaxial-coaxial. D'autres caractéristiques de la jonction triplaque-coaxial selon le premier aspect de l'invention sont les suivantes : le conducteur externe est de forme générale sensiblement parallélépipédique ; elle comprend en outre une transition coaxial-coaxial comprenant un élément conducteur s'étendant perpendiculairement à partir de la troisième surface en contact électrique avec la ligne d'alimentation triplaque ; 20 25 30 elle comprend un isolant tubulaire s'étendant à l'intérieur du conducteur externe sensiblement sur une moitié du conducteur externe et comportant un passage traversant s'étendant le long dudit isolant, l'isolant tubulaire étant en butée avec le plan d'alimentation et entoure l'élément conducteur en contact électrique avec la ligne d'alimentation triplaque ; le conducteur externe et la transition coaxial-coaxial sont formés d'une pièce unique métallique ; elle comprend des pattes de montage disposées sur la pièce unique métallique, les pattes de montage étant adaptées pour permettre une pression mécanique constante suite à l'assemblage des deux verres et assurer ainsi le contact électrique du corps avec les plans de rayonnement et de masse ; la transition coaxial-coaxial comprend deux glissières latérales gravées dans la masse du corps de ladite transition de manière à permettre un 15 assemblage latéral dudit corps guidé par lesdites glissières. Selon un second aspect, l'invention concerne une antenne à technologie imprimée comprenant un plan de masse comprenant une surface avec un dépôt conducteur ; - un plan de rayonnement comprenant une surface avec un dépôt conducteur ; - un plan d'alimentation comprenant une ligne d'alimentation triplaque s'étendant à partir d'un bord du plan d'alimentation ; - une jonction triplaque-coaxial comportant un conducteur externe ayant une première surface en contact électrique avec le dépôt conducteur du plan de masse, une seconde surface opposée à la première surface en contact électrique avec le dépôt conducteur du plan de rayonnement et une troisième surface, s'étendant perpendiculairement aux première et seconde surfaces, en butée avec le plan de rayonnement, le conducteur externe creux étant adapté pour loger un élément conducteur d'une transition coaxial-coaxial. 5 10 D'autres caractéristiques de l'antenne selon le second aspect de l'invention sont les suivantes : - elle comprend en outre une transition coaxial-coaxial comprenant un élément conducteur s'étendant perpendiculairement à partir de la troisième surface en contact électrique avec la ligne d'alimentation triplaque ; - elle comprend un connecteur coaxial disposée sur une face du plan de masse, le connecteur coaxial étant adapté pour être connecté à une source d'alimentation ; - elle comprend un câble coaxial connecté à la jonction triplaquecoaxial et au connecter coaxial, le câble coaxial étant disposé entre le plan de masse et le plan de rayonnement au-delà du plan d'alimentation. 15 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels outre les figures 1 et 2 déjà discutées : la figure 3 illustre schématiquement une vue de face d'une antenne à 20 technologie imprimée conforme à un mode de réalisation de l'invention ; la figure 4 illustre schématiquement une vue de face d'un ensemble antennaire à technologie imprimée conforme à un mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 illustre une vue d'ensemble d'un montage d'une antenne à 25 technologie imprimée conforme à l'invention ; la figure 6 illustre une vue détaillée de la partie inférieure droite de l'antenne à technologie imprimée conforme à l'invention de la figure 4 ; les figures 7a et 7b illustrent une vue de dessus et une vue de dessous de la jonction triplaque-coaxiale le câble coaxial et la jonction coaxiale 30 conforme à l'invention ; les figures 8a et 8b illustrent deux vues détaillées du montage d'une jonction triplaque-coaxial dans une antenne triplaque conforme à l'invention ; les figures 9a à 9c illustrent des vues de la jonction triplaque-coaxiale selon un mode de réalisation de l'invention. Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La description qui suit est faite en relation avec les figures 3 à 9b. Une antenne à technologie imprimée conforme à un mode de réalisation de l'invention comprend un plan de masse 30, un plan de rayonnement 10 sous la forme d'un ou plusieurs éléments rayonnants 12-19, un plan d'alimentation 20 comprenant un dépôt conducteur formant une ligne d'alimentation triplaque 21 et un substrat 3 diélectrique intercalé entre chaque plan. Les plans de rayonnement 10, d'alimentation 20 et de masse 30 sont par exemple constitués par un substrat de verre d'épaisseur comprise entre 2 et 10 mm, typiquement 4 mm. De manière avantageuse, le plan d'alimentation 20 est de dimensions réduites par rapport aux plans de masse 30 et de rayonnement 10 de sorte que lorsque l'antenne est vue de face, les bords du plan d'alimentation 20 sont inscrits dans le plan de masse 30 et le plan de rayonnement 10 (qui présente des dimensions identiques au plan de masse) (voir les figures 5, 6, 7a et 7b). Le retrait du plan d'alimentation par rapport aux bords définis par les plans de rayonnement et de masse est typiquement de 50 mm. Le plan d'alimentation 20 est, quant à lui, intercalé entre les plans de masse et de rayonnement. Chaque plan 10, 20, 30 comprend un dépôt conducteur 11, 21, 31 qui selon le plan 10, 20, 30 auquel il se rapporte décrit ou non un motif. L'ensemble constitué par les plans 10, 20, 30 permet d'obtenir une fonction antennaire. Les dépôts conducteurs 11, 21, 31 peuvent être formés dans tout matériau conducteur, par exemple par un dépôt de cuivre. Les dépôts conducteurs 11, 31 du plan de masse et de rayonnement ainsi que celui formant la ligne d'alimentation triplaque 21 peuvent être optiquement transparents ou non. On précise que l'on entend par matériau « optiquement transparent » un matériau qui est transparent dans au moins une partie du domaine de la lumière visible, laissant passer au moins environ 30% de cette lumière, et de préférence plus de 60% de la lumière. Le plan de rayonnement 10 comprend notamment un dépôt conducteur comprenant des ouvertures constituées par des fentes. Pour des raisons évidentes de lisibilité des figures, le dépôt conducteur n'est pas représenté en tant que tel, seuls les éléments rayonnants sont représentés. En pratique, le plan de rayonnement est totalement recouvert d'un dépôt conducteur et les éléments rayonnants sont dessinés par un retrait de matière ce qui provoque des discontinuités qui permettent d'assurer le rayonnement électromagnétique de l'antenne. Le dépôt conducteur 11 du plan de rayonnement 10 est positionné sur la surface inférieur du plan de rayonnent 10 tandis que le dépôt conducteur 31 du plan de masse 30 est positionné sur la surface supérieure du plan de masse 30 de sorte que les dépôts conducteurs 11, 31 des plans de masse et de rayonnement sont en vis-à-vis. En outre, le dépôt conducteur 21 du plan d'alimentation 20 forme une ligne d'alimentation triplaque 21 disposée sur la surface supérieure du plan d'alimentation 20 de sorte que la ligne triplaque 21 est en vis-à-vis du dépôt conducteur 11 du plan de rayonnement 10. Sur le plan de rayonnement, les éléments rayonnants 12-19 sont par exemple disposés en arborescence : ils sont connectés deux à deux puis chaque ensemble de deux éléments rayonnants est ensuite connecté à un autre ensemble de deux éléments rayonnants et ainsi de suite pour former une arborescence. Le substrat diélectrique 3 est, par exemple, un gaz (neutre : azote, argon,...), de préférence de l'air ou un matériau à faibles constantes magnéto-diélectriques. L'épaisseur du substrat diélectrique 3 est, par exemple, comprise entre 4 et 12 mm, typiquement 8 mm il s'agit de l'espacement entre les plans formant l'antenne. Pour l'alimentation, l'antenne imprimée comprend une jonction triplaquecoaxiale 32. Cette jonction triplaque-coaxiale 32 permet de relier la ligne d'alimentation triplaque 21 par l'intermédiaire d'une transition coaxial-coaxial 52 à un connecteur coaxial 40 qui lui-même est connecté à une source d'alimentation (non représentée). Le connecteur coaxial 40 est par exemple du type 7/16' femelle. Le connecteur coaxial 40 est disposé par exemple dans la partie inférieure de la structure de l'antenne (voir la figure 4) et notamment dans la partie inférieure du plan de masse 30. En effet, une telle antenne est reliée à des équipements radio déjà en place et qui sont disposés sur un support d'antenne 100. L'antenne à technologie imprimée est maintenue sur ce support 100 au moyen de bras 101, 102, 103, 104. La partie inférieure de l'antenne est la partie disposée sur le support 100. Afin d'éviter d'avoir une ligne d'alimentation triplaque 21 qui s'étend jusqu'au bord inférieur ou supérieur de l'antenne, un câble coaxial 34 de type connu et engendrant moins de pertes connecte la jonction triplaque-coaxiale au connecteur coaxial. En outre, comme le plan d'alimentation est de dimensions telles qu'il est inscrit par rapport aux plans de masse et de rayonnement, il y a un dégagement entre le bord du plan de masse/plan de rayonnement et le plan d'alimentation ce qui permet de loger le câble coaxial 34. Ainsi, le câble coaxial 34 n'est pas à l'extérieur de l' antenne. Ainsi, avec cette disposition, la ligne d'alimentation 21 ne s'étend que du bord du plan d'alimentation 20 jusqu'au voisinage des éléments rayonnants 12-19. De cette façon, il n'est pas utile de prolonger la ligne d'alimentation 21 trop au-delà des éléments rayonnants 12-27. La jonction triplaque-coaxiale 32 permet de faire la jonction entre la ligne d'alimentation triplaque 21 et une transition coaxial-coaxial car la ligne d'alimentation triplaque 21 n'est pas directement connectable à un connecteur coaxial 40. La jonction triplaque-coaxiale 32 est prise en « sandwich » entre le plan de masse 30 et le plan de rayonnement 10. De manière plus précise, la jonction triplaque-coaxial 32 comprend un conducteur externe creux 320 ayant une première surface 321 en contact électrique avec le plan de masse 30, une seconde surface 322 opposée à la première surface 321 en contact électrique avec le plan de rayonnement 10 et une troisième surface 323, s'étendant perpendiculairement aux première et seconde surfaces, en butée avec le plan d'alimentation 20. Le conducteur externe 320 est de forme générale parallélépipédique de 10 dimensions 40x20x 18mm3. La transition coaxiale-coaxiale 52 comprend un élément conducteur 324 qui s'étend à l'intérieur du conducteur externe creux 320. De plus, la transition coaxiale-coaxiale 52 comprend un isolant tubulaire 325 entourant l'élément conducteur 324. 15 L'élément conducteur 324 s'étend perpendiculairement à partir de la troisième surface 323 en contact électrique avec la ligne d'alimentation triplaque 21. L'élément conducteur 324 se présente sous la forme d'un cylindre de diamètre environ égal à 3mm. L'isolant tubulaire est de diamètre environ égal à 9 mm. 20 La ligne d'alimentation triplaque 21 est généralement une ligne de largeur constante sauf au niveau de la jonction triplaque-coaxial 32. En effet, pour faciliter la connexion de la ligne triplaque 21 à la jonction triplaque-coaxial 32 cette dernière s'étend à partir du bord du plan d'alimentation 20 au niveau de la jonction triplaque-coaxial 32 en augmentant progressivement sa 25 largeur, par exemple par le biais de deux chanfreins à 45° à partir de l'élément conducteur 324 de la transition coaxial-coaxial 52 (voir les figures 7a et 7b). Les chanfreins à l'extrémité de ligne d'alimentation triplaque permettent de ramener la largeur de la ligne d'alimentation 21 au diamètre de l'élément conducteur 324. Typiquement la ligne d'alimentation 21 est de largeur sensiblement égale à 20 mm et après les chanfreins, la ligne d'alimentation 21 est de largeur sensiblement égale à 3 mm. La transition coaxiale-coaxiale 52 est de type classique et permet de connecter la jonction triplaque 32 à un câble coaxial 34 classique. Le câble coaxial 34 présente un diamètre extérieur d'environ à 3,5mm. De manière alternative ou complémentaire la transition coaxial-coaxial 52 et l'élément conducteur externe 320 peuvent être logés dans une pièce unique métallique (voir les figures 8 a et 8b). Pour le montage de la jonction triplaque-coaxial 32, la transition coaxiale- coaxiale 52 comprend des pattes de montage 327a, 32711, 327c, 327d. De telles pattes permettent une pression mécanique constante suite à l'assemblage des plans de rayonnement et d'alimentation et assurent un contact électrique du corps 320 avec ces plans 10, 30. De manière alternative ou complémentaire, toujours pour le montage de la jonction triplaque-coaxial 32, la transition coaxiale-coaxiale 52 comprend sur ses faces latérales des glissières 521, 522 gravées dans la masse de la transition coaxiale-coaxiale 52. La gravure de ces glissières est obtenue par fraisage (voir la figure 9a). Ces glissières ont une profondeur comprise entre 1 et 3 mm, de préférence 2 mm. De telles glissières permettent de faire glisser la jonction triplaque-coaxial 32 et facilite le positionnement de la jonction triplaque-coaxial 32. Bien entendu dans le cas où la transition coaxiale-coaxiale 52 comprend ces glissières, le plan d'alimentation 20 doit être usiné pour recevoir une telle structure de transition coaxiale-coaxiale 52. Pour ce faire comme cela est illustré sur la figure 911, le plan d'alimentation comprend un renfoncement adapté pour recevoir la transition coaxiale-coaxiale 52. Enfin, la figure 9c illustre la jonction triplaque-coaxial 32 avec la transition coaxiale-coaxiale 52 comprenant les glissières 521, 522. Enfin on peut associer deux antennes du type décrit ci-dessus (voir figure 4). Encore de manière alternative ou complémentaire, afin de rendre plus discrète ou encore intégrer une antenne à technologie imprimée au sein de surfaces vitrées (par exemple fenêtre) l'antenne imprimée peut être optiquement transparente. Pour obtenir une antenne imprimée optiquement transparente, les dépôts conducteurs ainsi que la ligne d'alimentation triplaque 21 sont formés par exemple avec de l'oxyde d'indium dopé à l'étain I TO ou de l'oxyde d'étain dopé à l'argent AgHT déposé sur un film plastique (par exemple un film en polyester). Pour améliorer la transparence de l'antenne imprimée optiquement transparente, on peut remplacer les dépôts conducteurs par un maillage conducteur. Le maillage utilisé possède un certain nombre de paramètres qui ont une influence sur la transparence optique. On note que le dimensionnement du maillage conducteur du plan de masse 10 peut varier localement selon l'activité électromagnétique des éléments rayonnants. A cet effet, on peut se référer à la demande de brevet FR 10/50392, «Antenne imprimée optiquement transparente à plan de masse maillé ». Comme pour le plan de masse 10, on peut également régler le dimensionnement du maillage du plan de rayonnement 30 en fonction de son activité électromagnétique locale. En outre, les maillages du plan de rayonnement et du plan de masse seront progressivement relâchés et/ou affectés de discontinuités au voisinage des bords de l'antenne afin de limiter le rayonnement de la face arrière (voir à ce sujet la demande de brevet FR 10/50392). On précise que le maillage conducteur est par exemple réalisé en fer, nickel, chrome, titane, tantale, molybdène, étain, indium, zinc, tungstène, platine, manganèse, magnésium, plomb, de préférence en argent, cuivre, or ou aluminium ou alliage de métaux choisi selon la conductivité électrique. Il prend typiquement la forme d'une grille dont le ratio entre la dimension des ouvertures de la maille et la largeur des pistes de la maille définit le niveau de transparence optique du plan de masse, de la ligne d'alimentation du plan d'alimentation et du plan de rayonnement. Bien entendu, on n'est pas limité à l'utilisation d'un maillage en forme de grille, d'autres formes étant bien entendu envisageables (voir aussi à ce sujet FR 10/50392). Le dépôt conducteur peut être obtenu par différents moyens. Le dépôt conducteur peut ainsi être constitué d'une feuille métallique (clinquant) ou d'une couche mince conductrice déposée sur un substrat transparent inorganique (silice, verre, saphir,...) ou organique (plexiglas, polyméthylpentène, polycarbonate, polyéthylène téréphtalate, BCB,...). On relèvera que l'utilisation de substrats de polymère souple à faible perte facilite le transfert de l'antenne sur ou dans les supports adaptés (fenêtre, vitrine, pare-brise de véhicule...). Le dépôt conducteur peut être réalisé par voie physique (PVD), par exemple par pulvérisation, évaporation sous vide, ablation laser, etc. ou encore par d'autres voies, par exemple dépôt chimique (argenture, cuivrage, dorure, aluminure, étamage, nickelage,...), par sérigraphie, par dépôt électrolytique, par dépôt chimique en phase vapeur (CVD, PECVD, OMCVD, ...), etc. Les ouvertures du maillage conducteur dans la feuille ou film métallique peuvent être réalisées par photolithogravure standard à partir d'un photomasque ou d'un masque transféré par écriture laser sur une réserve et la gravure chimique associée, ou par tampongraphie suivie d'une gravure chimique, ou encore par gravure ionique au travers d'un masque. Le maillage peut également être directement réalisé par sérigraphie au travers d'un écran (en anglais, « screen printing »), par impression par jet d'une encre conductrice (et recuit associé), par électroformage, par écriture directe via la décomposition sous faisceau laser d'un organométallique, etc. Bien entendu, on n'est nullement limité aux modes de réalisation décrits ici, mais on peut envisager toute variante à la portée de l'homme du métier et particulièrement la combinaison de différents modes de réalisation décrits.