Brevet FR2978305A1 — publié le 20130125

Le domaine technique de l'invention est celui des dispositifs de transmission de données sans fil et plus particulièrement celui des dispositifs assurant cette transmission entre un bâti fixe et un support mobile par rapport audit bâti. Le besoin de transmettre des données entre deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre se rencontre dans de nombreuses applications et en particulier lorsque le bâti et le support sont pivotants l'un par rapport à l'autre. Il est ainsi nécessaire dans le domaine des véhicules blindés de relier une tourelle portant un ou plusieurs systèmes d'arme et le châssis du véhicule. Il est nécessaire dans le domaine automobile de relier un moyeu et la jante de la roue, en particulier pour raccorder des capteurs de pression situés dans la partie tournante et un dispositif de gestion de la pression des pneumatiques. Il est nécessaire dans le domaine des appareillages de santé de relier la partie tournante d'un scanner (qui porte la source de rayons X et le capteur) avec la partie fixe (qui porte les moyens de calculs). Il est parfois également nécessaire d'assurer une transmission de données entre un bâti fixe et un support mobile qui se translate linéairement par rapport au bâti. C'est par exemple le cas dans le domaine des machines outils ou bien de la robotique (unités de positionnement ou de translation par exemple). Il était classique jusqu'à présent de mettre en oeuvre des connecteurs glissants ou tournants. Ces composants électriques comportent des patins de contact qui frottent sur des pistes conductrices. Une telle solution est cependant coûteuse et peu fiable. Les contacts mécaniques, s'encrassent, s'usent et se corrodent, dégradant la transmission de données. Une telle solution a également une bande passante limitée (20 à 50 MHz) qui est pénalisante lorsqu'il s'agit de transmettre de grosses quantités d'informations, par exemple des flux vidéo. Il a été envisagé d'utiliser des moyens de transmission hyperfréquence sans fil du type de ceux utilisés dans le domaine de l'informatique (réseaux locaux WLAN, acronyme anglais signifiant comme "Wide local Area Network"). Cependant ces solutions induisent de forts rayonnements qui sont susceptibles de créer des perturbations sur certains équipements et les transmissions peuvent par ailleurs être brouillées. L'invention a pour but de proposer un dispositif de transmission de données sans fil permettant d'assurer une transmission fiable avec un débit important mais qui est cependant protégée vis à vis des risques de brouillage et ne crée pas de perturbations électromagnétiques. Ainsi l'invention a pour objet un dispositif de transmission de données sans fil entre un bâti fixe et un support qui est mobile par rapport audit bâti, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part au moins une première piste conductrice solidaire du bâti et reliée à un premier émetteur/récepteur hyperfréquence lui-même raccordé à un premier moyen codeur/décodeur, et d'autre part au moins une seconde piste conductrice, solidaire du support mobile, qui est reliée à un second émetteur/récepteur hyperfréquence raccordé à un second moyen codeur/décodeur, la ou les premières pistes conductrices étant disposées sur un premier diélectrique solidaire du fond d'un premier boîtier conducteur ouvert solidaire du bâti et la ou les seconde pistes conductrices étant disposées sur un second diélectrique solidaire du fond d'un second boîtier conducteur ouvert solidaire du support mobile, le premier et le second boîtier étant emboîtés l'un dans l'autre et sans contact mécanique entre eux de façon à former un guide d'ondes mobile. Selon un mode de réalisation, le dispositif de transmission est adapté pour assurer une transmission entre un bâti fixe et un support mobile qui est animé d'un mouvement de pivotement par rapport au bâti fixe. Ce dispositif est alors caractérisé en ce que le premier et le second boîtiers sont annulaires et emboîtés l'un dans l'autre sans contact mécanique entre eux de façon à former un guide d'ondes pivotant. La première ou la seconde piste pourront avoir un profil circulaire couvrant sensiblement 360°. La première ou la seconde piste pourront avoir un profil circulaire couvrant une fraction d'arc inférieure à 90°. Selon un mode de réalisation préféré, la première et la seconde piste ont toutes deux un profil circulaire couvrant sensiblement 360°. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de transmission est adapté pour assurer une transmission entre un bâti fixe et un support mobile qui est animé d'un mouvement de translation par rapport au bâti fixe. Ce dispositif est alors caractérisé en ce que le premier et le second boîtiers sont parallélépipédiques et emboîtés l'un dans l'autre sans contact mécanique entre eux de façon à former un guide d'ondes coulissant. D'une façon générale, les pistes conductrices pourront être réalisées en cuivre. Les émetteurs/récepteurs hyperfréquence pourront fonctionner dans une bande de fréquence comprise entre 1 GHz 30 et 3 GHz. L'invention a également pour objet l'application d'un tel dispositif de transmission sans fil à la transmission de données entre une tourelle d'un véhicule blindé et un châssis de ce véhicule. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de différents modes de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels : - la figure 1 montre en coupe partielle schématique un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention assurant la liaison entre deux éléments qui sont pivotants l'un par rapport à l'autre, - la figure 2 est une vue de dessus des pistes 10 conductrices seules pour le mode de réalisation selon la figure 1, - la figure 3 est une vue de dessus des pistes conductrices seules pour une variante de ce mode de réalisation, 15 - la figure 4 montre en coupe partielle schématique un second mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention assurant la liaison entre deux éléments qui se translatent l'un par rapport à l'autre, - la figure 5 est une vue de dessus des pistes 20 conductrices seules pour le mode de réalisation selon la figure 4. En se reportant à la figure 1, un dispositif 1 de transmission de données sans fil selon un premier mode de réalisation de l'invention est adapté à une transmission 25 entre un bâti fixe 2 et un support 3 mobile qui est animé d'un mouvement de pivotement R par rapport au bâti fixe 2 autour d'un axe 4. La figure 1 ne représente, pour des raisons de simplification, qu'une moitié du dispositif, du bâti 2 et du support 3 qui ont globalement une symétrie de 30 révolution par rapport à l'axe 4. On a représenté une couronne à billes 5 pour schématiser la liaison pivotante entre le bâti 2 et le support 3. Le bâti 2 pourra par exemple être un châssis d'un véhicule blindé et le support 3 sera une tourelle portant un ou plusieurs systèmes d'armes. Un premier moyen codeur/décodeur 6 est solidaire du bâti 2. Ce moyen est conçu pour pouvoir créer des données et pour pouvoir aussi traiter des données qu'il reçoit. Il s'agit par exemple d'un calculateur (ou d'une carte électronique de traitement comprenant un microprocesseur), calculateur assurant diverses fonctions pour lesquelles il doit échanger des informations avec un second moyen codeur/décodeur 8 qui est solidaire du support mobile 3. Par exemple, dans le cadre d'une application à un véhicule blindé, on pourra considérer un calculateur de tir 6 incorporé dans le bâti 2 et échangeant des données avec un calculateur de pièce 8 porté par le support mobile 3. Ces données pourront comprendre des mesures de paramètres qui sont assurées par des capteurs solidaires du support mobile 3 et des ordres de commandes d'actionneurs portés par le support mobile 3, par exemple des motoréducteurs assurant le pointage d'un système d'arme. Le premier moyen codeur/décodeur 6 est relié à un premier émetteur/récepteur hyperfréquence 7 qui transforme (en mode émission) les signaux fournis par le codeur / décodeur 6 en signaux hyperfréquence, par exemple dans la bande 2,5 Ghz qui est particulièrement bien adaptée au besoin car elle permet un transfert de données volumineuses, en particulier de données vidéo. Inversement le premier émetteur/récepteur 7 convertit (en mode réception) les signaux hyperfréquence qu'il reçoit en des signaux pouvant être exploités par le premier moyen codeur/décodeur 6. D'une façon symétrique le second moyen codeur/décodeur 8 porté par le support 3 est relié à un second émetteur/récepteur hyperfréquence 9. Le dispositif de transmission 1 selon l'invention comporte par ailleurs au moins une première piste conductrice 10 solidaire du bâti 2 et qui est reliée au premier émetteur/récepteur 7 par un câble de connexion 11 bifilaire. Il comporte aussi une seconde piste conductrice 12, solidaire du support mobile 3, et qui est reliée au second émetteur/récepteur 9 par un câble bifilaire 13. Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, chaque piste conductrice 10,12 est disposée sur une couche d'un diélectrique 14, 15 qui est solidaire du fond d'un boîtier conducteur 16 ou 17. Ainsi la première piste 10 est portée par une première couche 14 d'un diélectrique qui est fixée au fond d'un premier boîtier conducteur 16. La seconde piste 12 est portée par une seconde couche 15 d'un diélectrique qui est fixée au fond d'un second boîtier conducteur 17. Les boîtiers conducteurs 16 et 17 sont annulaires d'axe 4 (voir aussi la figure 2). Ils sont réalisés par exemple en laiton ou en mu-métal (alliage de Nickel et de fer essentiellement). Le mu-métal est un matériau ayant une haute perméabilité magnétique qui est fréquemment mis en oeuvre dans les blindages magnétiques. Les boîtiers conducteurs sont ouverts et emboîtés l'un dans l'autre sans contact mécanique entre eux. Le premier boîtier 16 est fixé au bâti 2 par un moyen approprié non représenté, par exemple des vis régulièrement réparties angulairement et disposées au niveau d'un lamage 18 du boîtier 16 (un axe 19 de ces vis est représenté sur la figure 1). D'une façon analogue le second boîtier 17 est fixé au support 3, par exemple par des vis régulièrement réparties angulairement et disposées au niveau d'un lamage 20 du boîtier 17 (un axe 21 de ces vis est représenté sur la figure 1). Le jeu radial J entre les boîtiers 16 et 17 sera de l'ordre du millimètre. On pourra par ailleurs prévoir des chicanes (non représentées) entre les parois circulaires des boîtiers pour assurer une étanchéité au ruissellement et pour diminuer significativement l'émission d'ondes du boitier . La figure 2 montre schématiquement les pistes vues de dessus. On a représenté en pointillés les parois des boîtiers 16 et 17 (pointillés gras pour le boîtier 16 et pointillés fins pour le boîtier 17). On remarque que la première piste 10 a un profil circulaire qui couvre sensiblement 360°(une coupure 22 sépare les deux extrémitésd de cette piste au niveau des fils de raccordement à la connexion bifilaire 11). Chaque extrémité de la piste 10 est reliée au générateur hyperfréquence 7 qui (en mode émission) fera circuler un courant à haute fréquence dans cette piste 10. On remarque aussi que la seconde piste 12 a, elle aussi, un profil circulaire mais qui ne couvre qu'une fraction d'arc inférieure à 90°(ici de l'ordre de 10°). Pour la clarté du dessin la piste 12 a été positionnée à côté de la piste 10. Elles sont en fait l'une au-dessus de l'autre comme le montre la figure 1. La longueur de la piste 12 peut être variable. Cette piste pourra couvrir aussi sensiblement 360° pour une émission / réception optimale, l'antenne ayant une plus grande surface. Ce mode de réalisation sera décrit en référence à la figure 3. Chaque extrémité de la piste 12 est, elle aussi, reliée au générateur hyperfréquence 9 qui (en mode émission) fera circuler un courant à haute fréquence dans cette piste 12. La longueur de la piste 12 est choisie suffisante pour pouvoir couvrir la coupure 22 de la piste 10. La distance d entre les pistes 10 et 12 (figure 1) sera de préférence inférieure au centimètre. L'assemblage des deux boîtiers 16 et 17 constitue un guide d'ondes annulaire et pivotant. Chaque piste 10 ou 12 joue le rôle d'antenne d'émission/réception pour l'émetteur /récepteur 7 ou 9 qui lui est associé. Ce guide d'onde permet de guider le rayonnement émis par chaque piste vers l'autre piste malgré des géométries de pistes qui ne sont pas optimales pour une transmission courte portée. Les boîtiers 16 et 17 réduisent la puissance du rayonnement des pistes 10 et 12 vers l'extérieur. De façon symétrique les boîtiers réduisent les perturbations provenant de l'extérieur. Lorsque l'une ou l'autre piste 10,12 est parcourue par un courant, elle émet un rayonnement électromagnétique (comme tout conducteur traversé par un courant). La liaison doit pouvoir être assurée quelle que soit la position angulaire d'une piste par rapport à l'autre. Les pistes 10 et 12 ne sont pas exactement en face l'une de l'autre, mais ont un diamètre relativement proche l'une de l'autre ce qui permet d'augmenter la compacité du dispositif. C'est donc le rayonnement naturel émis par une piste qui est collecté par l'autre piste par diaphonie. C'est ce phénomène radioélectrique classique (et que l'on cherche habituellement à éviter car il est générateur de perturbations) qui est mis en oeuvre à titre principal pour assurer la transmission quelle que soit la position angulaire relative des pistes. Contrairement aux antennes WLAN classiques (mises en oeuvre dans des réseaux plus connus sous la marque déposée WIFI) on ne cherche pas ici à rayonner les signaux de façon omnidirectionnelle et puissante. Les pistes proposées par l'invention jouent le rôle d'antennes permettant de diriger le rayonnement suivant une direction perpendiculaire au plan de chaque piste et de son diélectrique, donc d'une piste vers l'autre piste. De plus la puissance émise est plus faible qu'avec un réseau WLAN classique. On limite ainsi la perturbation mutuelle des pistes et on privilégie la diaphonie c'est à dire la transmission par simple couplage inductif et capacitif des pistes. Le dispositif selon l'invention assure donc de très bonnes qualités de transmission à haut débit et sans perturbations ni brouillage. Le débit de données pouvant être atteint est de l'ordre de quelques dizaines de Mégaoctets par seconde, ce qui convient aux transmissions d'informations entre tourelle et châssis d'un véhicule militaire. On a ici prévu une première piste 10, solidaire du bâti 2, couvrant sensiblement 360° et une deuxième piste 12 raccourcie. Il serait bien entendu possible de prévoir une piste couvrant 360° solidaire du support 3 et une piste raccourcie solidaire du bâti 2. La figure 3 est une vue analogue à la figure 2 mais montrant un mode de réalisation préféré de l'invention. Ce mode ne diffère du précédent que par le fait que les deux pistes couvrent sensiblement 360°. Pour la clarté du dessin et pour rendre visible la piste 12, celle-ci a été représentée avec un diamètre supérieur à celui de la piste 10. Elles sont en fait sensiblement de même diamètre et sont positionnées l'une au-dessus de l'autre comme le montre la figure 1. Une telle solution est la solution préférée car la surface d'antenne est plus importante et la qualité d'émission et réception est meilleure. Les dimensions des pistes sont choisies en fonction de la fréquence de la communication. Les fentes du boîtier permettent d'assurer l'étanchéité électromagnétique. Le trajet de sortie d'onde doit pour cela être supérieur à la longueur d'onde du signal. La distance entre les pistes peut être variable suivant la puissance du signal transmis. Plus les pistes sont proches, plus il est nécessaire qu'elles se trouvent en face l'une de l'autre, donc qu'elles aient le même diamètre. A titre d'exemple on a pu vérifier qu'avec des pistes optimisées pour la fréquence 2,4 GHz, les performances de transmission étaient bonnes dans toute la bande de 1GHz à 3GHz. Les figures 4 et 5 montrent un autre mode de réalisation 10 de l'invention dans lequel le support mobile 3 se translate par rapport au bâti fixe 2. Pour schématiser cette caractéristique, on a représenté une languette de guidage 23 qui est solidaire du support 3 et qui est montée coulissante dans une rainure 24 du bâti 2. La 15 translation se fait suivant une direction perpendiculaire au plan de la figure 4. Il est bien entendu que cette représentation est schématique et que d'autres formes de moyens de guidage pourraient être adoptées, par exemple des rails de guidage à 20 rouleaux ou aiguilles. Ce mode diffère donc essentiellement des précédents par la forme des premier et second boîtiers 16 et 17 qui ne sont plus annulaires mais parallélépipédiques et emboîtés l'un dans l'autre sans contact mécanique entre eux. Le boîtier 17 25 solidaire du support mobile est par ailleurs en forme de goulotte parallélépipédique ouverte à chaque extrémité pour permettre sa translation. Ces boîtiers forment un guide d'onde parallélépipédique. Pour réduire les perturbations électromagnétiques on 30 pourra fermer le dessus du boîtier 16 de part et d'autre du boîtier 17 par exemple avec un couvercle souple enroulable portant une feuille de cuivre. Une autre solution serait de doter la piste fixe 10 d'une enveloppe isolante électromagnétiquement qui serait maintenue 11 fermée de part et d'autre du boîtier 17 mais serait ouverte en dessous de la piste mobile 12, sous le boîtier 17. Par exemple avec un système de type fermeture éclair actionné par le boîtier mobile 17 et permettant d'ouvrir et de fermer l'enveloppe isolante de part et d'autre du boîtier 17. La figure 5 montre schématiquement le positionnement des pistes 10 et 12. Là encore pour la clarté du dessin la piste 12 a été positionnée à côté de la piste 10. Elles sont en fait l'une au-dessus de l'autre comme le montre la figure 4. On a représenté par les pointillés 16 et 17 les silhouettes des deux boîtiers. On remarque qu'un seul conducteur forme la piste 10 (ou 12), le retour électrique se fait par des fils 25 et 26 (respectivement 27 et 28) disposés à l'extérieur du boîtier 16 (respectivement du boîtier 17). Une telle disposition vise à éliminer les perturbations électromagnétiques qui seraient apportées par un fil conducteur parallèle à la piste conductrice formant antenne et disposé dans le boîtier. En effet ce fil verrait le même signal mais avec un sens de parcours inverse. Une autre solution pour faciliter le câblage serait de réaliser dans chaque boîtier un câblage associant une piste 10 ou 12 avec un fil de retour parallèle mais blindé. Un tel mode de réalisation avec des boîtiers parallélépipédiques est par exemple mis en oeuvre dans le 25 domaine des machines outils ou de la robotique. Diverses variantes sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Il est ainsi possible de prévoir dans chaque boîtier plusieurs pistes. Mais dans ce cas les différentes pistes d'un même boîtier seront reliées les unes aux autres 30 en parallèle. Un tel mode de réalisation permet d'augmenter le débit en associant en parallèle plusieurs émetteurs et plusieurs récepteurs. Le dispositif selon l'invention est particulièrement bien adapté à la transmission de données entre un châssis de véhicule militaire et une tourelle portant un ou plusieurs systèmes d'armes. En effet dans le cadre d'une telle application, les données à transmettre sont particulièrement volumineuses alors que par ailleurs il est nécessaire de protéger cette transmission contre les perturbations électromagnétiques provoquées par le véhicule lui-même ou son environnement dans le cadre d'un combat. REVENDICATIONS1- Dispositif (1) de transmission de données sans fil entre un bâti fixe (2) et un support (3) qui est mobile par rapport audit bâti, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part au moins une première piste conductrice (10) solidaire du bâti (2) et reliée à un premier émetteur/récepteur hyperfréquence (7) lui-même raccordé à un premier moyen codeur/décodeur (6), et d'autre part au moins une seconde piste conductrice (12), solidaire du support mobile (3), qui est reliée à un second émetteur/récepteur hyperfréquence (9) raccordé à un second moyen codeur/décodeur (8), la ou les premières pistes conductrices (10) étant disposées sur un premier diélectrique (14) solidaire du fond d'un premier boîtier conducteur (16) ouvert solidaire du bâti (2) et la ou les seconde pistes conductrices (12) étant disposées sur un second diélectrique (15) solidaire du fond d'un second boîtier conducteur (17) ouvert solidaire du support mobile (3), le premier (16) et le second (17) boîtier étant emboîtés l'un dans l'autre et sans contact mécanique entre eux de façon à former un guide d'ondes mobile. 2- Dispositif de transmission sans fil selon la revendication 1 et adapté à une transmission entre un bâti fixe (2) et un support mobile (3) qui est animé d'un mouvement de pivotement par rapport au bâti fixe (2), dispositif caractérisé en ce que le premier et le second boîtiers (16,17) sont annulaires et emboîtés l'un dans l'autre sans contact mécanique entre eux de façon à former un guide d'ondes pivotant. 3- Dispositif de transmission sans fil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première (10) ou la seconde piste (12) ont un profil circulaire couvrant sensiblement 360°. 4- Dispositif de transmission sans fil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première (10) ou la seconde piste (12) ont un profil circulaire couvrant une fraction d'arc inférieure à 90°. 5- Dispositif de transmission sans fil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première (10) et la seconde piste (12) ont toutes deux un profil circulaire couvrant sensiblement 360°. 6- Dispositif de transmission sans fil selon la revendication 1 et adapté à une transmission entre un bâti fixe (2) et un support mobile (3) qui est animé d'un mouvement de translation par rapport au bâti fixe (2), dispositif caractérisé en ce que le premier (16) et le second boîtiers (17) sont parallélépipédiques et emboîtés l'un dans l'autre sans contact mécanique entre eux de façon à former un guide d'ondes coulissant. 7- Dispositif de transmission sans fil selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les pistes conductrices (10,12) sont réalisées en cuivre. 8- Dispositif de transmission sans fil selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les émetteurs/récepteurs hyperfréquence (7,9) fonctionnent dans une bande de fréquence comprise entre 1 GHz et 3 GHz. 9- Application d'un dispositif de transmission sans fil selon une des revendications 1 à 5 à la transmission de données entre une tourelle d'un véhicule blindé et un châssis de ce véhicule.