Brevet FR3019689A1 — publié le 20151009

Procédé de fabrication d'une antenne tri-dimensionnelle par prototypage rapide Domaine technique concerné Le domaine concerné par la présente invention est celui du prototypage rapide et/ou de la production en petite série d'antennes d'émission et de réception radioélectriques embarquées, en particulier pour les dispositifs mobiles communicants et pour les dispositifs de télé-relève et/ou de télécommande longue distance. Problème posé La conception et l'intégration d'une antenne efficace dans un produit compact est une tâche complexe nécessitant une prise en compte des problématiques radio-fréquence mais aussi des contraintes mécaniques, électriques et économiques. De nombreuses études ont montré l'intérêt de structures d'antennes tridimensionnelles permettant de réaliser des antennes performantes et compactes. Par exemple les structures d'antenne PIFA et leurs variantes sont souvent bien adaptées à des produits portables très compacts comme des téléphones portables. De même des antennes tridimensionnelles de type spirale conique sont bien adaptées aux dispositifs très large bande, et des structures d'antenne type patch surélevé sont adaptées aux systèmes de télé-relève en bande VHF. Toutefois la mise au point de telles antennes nécessite un cycle itératif comprenant la fabrication d'un grand nombre de prototypes, d'où des coûts de mise au point et des délais importants. Etat de la technique antérieure Plusieurs publications décrivent des solutions efficaces de conception d'antennes tridimensionnelles, en particulier pour les applications large bande (US2005156804). Sur la plan de leur fabrication des travaux ont décrit des procédés utilisant des films minces (W02010123733), mais ces techniques nécessitent des moyens industriels lourd de type injection plastique et dépôt 3D. Des procédés de conception d'antennes planes multicouches ont été décrites (EP2267834), permettant des solutions compactes mais nécessitant également des moyens industriels lourds en particulier pour les phases de prototypage. D'autres procédés de fabrication d'antennes tridimensionnelles par assemblage de surfaces planes ont été décrites (EP2036161) mais limitant significativement la flexibilité pour le concepteur. Parallèlement les solutions de prototypage rapide par impression 3D ont été largement documentées (FR2717734) et sont maintenant facilement disponibles commercialement. Ces solutions permettent pour certains l'utilisation de filaments conducteurs mais de résistivité trop élevée pour la réalisation d'antennes efficaces. Des solutions de dépôts métalliques associés à des impressions 3D ont été décrites (US2006118990) mais nécessitant également des moyens industriels lourds. Exposé de l'invention L'invention est basée sur un procédé combinant les étapes suivantes - La fabrication d'une structure support d'antenne isolante réalisée par impression 3D (1), par exemple en ABS ; - La fabrication d'un ou plusieurs éléments développables réalisés par découpe d'un film conducteur plan (2), par exemple en clinquant de cuivre adhésif, réalisant par exemple des fonctions d'éléments rayonnants ou de composants d'adaptation capacitifs ; - Le collage du ou des éléments rayonnants développables réalisés par découpe d'un film conducteur plan (2) sur la structure support d'antenne isolante réalisée par impression 3D (1) ; - L'intégration si besoin dans la structure support d'antenne isolante réalisée par impression 3D (1) de fils conducteurs (3), ces fils étant utilisés par exemple pour la réalisation de connexions ou de composants d'adaptation inductifs. Selon l'invention le procédé proposé permet donc de réaliser rapidement toute structure d'antenne tridimensionnelle dont les éléments conducteurs sont modélisables sous la forme d'un assemblage de surfaces développables et de fils. Ceci permet une très grande flexibilité dans la conception de l'antenne. De plus les procédés de base utilisés à savoir l'utilisation d'une imprimante 3D et la découpe de film conducteur plan sont aisément accessibles et rapides. L'invention permet de là un cycle de conception et de mise au point d'antennes complexes à la fois rapide et économique. De préférence selon l'invention, la structure support d'antenne isolante réalisée par impression 3D (1) intègre des gorges de positionnement et/ou de maintien des fils conducteurs (3) et/ou des éléments développables réalisés par découpe d'un film conducteur plan (2). Présentation des figures La figure 1 représente en perspective une variante de réalisation du dispositif. Nomenclature Les références numériques portées sur la figure 1 correspondent aux moyens techniques suivants : 1 : Structure support d'antenne isolante réalisée par impression 3D 2 : Eléments développables réalisés par découpe d'un film conducteur plan 3 : Fils conducteurs Description détaillée d'un mode de réalisation D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'une variante de réalisation donnée ci-après à titre d'exemple indicatif et non limitatif et illustrés par la figure 2. Dans cette variante de réalisation l'antenne est une antenne compacte VHF destinée aux applications de télé-relève et conçue pour être positionnée au dessus d'un plan de masse . La structure support d'antenne isolante réalisée par impression 3D est constituée par un plateau doté de pieds de sur- élévation et de fixation sur le plan de masse. Elle intègre en face inférieure une gorge de fixation d'un fil conducteur réalisant d'une part une self d'accord à faible pertes et d'autre part un stub de mise à la masse accordé optimisant l'impédance de l'antenne à la manière d'une antenne PIFA. Sur la face supérieure de la structure support, un élément rayonnant en forme de U, élément développable réalisé par découpe d'un film conducteur plan, est découpé dans un clinquant de cuivre, collé et raccordé par soudure au fil conducteur. Sur le plan électrique cette variante de réalisation est donc équivalente à un empilement de couches conductrices et isolantes et a l'avantage d'être facilement simulable via des modèles numériques 2,5D. Applications industrielles potentielles Le procédé selon l'invention est particulièrement destiné au prototypage et/ou à la fabrication en petite série d'antennes pour des dispositifs portables et pour des systèmes de télé-relève, de télé-transmission et de télécommande. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une antenne tri-dimensionnelle par prototypage rapide caractérisé en ce qu'il comporte : - la fabrication d'une structure support d'antenne isolante réalisée par impression 3D (1), par exemple en ABS, - la fabrication d'un ou plusieurs éléments développables réalisés par découpe d'un film conducteur plan (2), par exemple en clinquant de cuivre adhésif, réalisant par exemple des fonctions d'éléments rayonnants ou de composants d'adaptation capacitifs, - le collage du ou des éléments rayonnants développables réalisés par découpe d'un film conducteur plan (2) sur la structure support d'antenne isolante réalisée par impression 3D (1) ; - l'intégration si besoin dans la structure support d'antenne isolante réalisée par impression 3D (1) de fils conducteurs (3), ces fils étant utilisés par exemple pour la réalisation de connexions ou de composants d'adaptation inductifs. 2. Procédé selon la revendication 1 ; ledit procédé prévoyant que la structure support d'antenne isolante réalisée par impression 3D (1) intègre des gorges de positionnement et/ou de maintien des fils conducteurs (3) et/ou des éléments développables réalisés par découpe d'un film conducteur plan (2).