Brevet FR3056832A1 — publié le 20180330

ARRIÈRE-PLAN Domaine : la présente invention a trait, en générai, à une antenne et, en particulier, à des antennes à plaque et à la construction d'antennes à plaque. Arrière-plan : alors que la technologie des communications sans fil s'est développée, des dispositifs tels que les téléphones portables, les récepteurs GPS, etc. se sont répandus davantage encore, entraînant la mise au point de technologies d'antennes plus performantes, plus fiables et moins coûteuses. Les antennes à plaque, en raison de leur robustesse, performance et coût relativement faible, sont devenues la solution préférée dans de nombreuses applications. Les technologies de communications de prochaine génération, telles que l'IdO (Internet des objets), le M2M (machine à machine), les dispositifs de localisation, la télématique pour flotte de véhicules, et les applications automobiles, ne feront qu'accroître cette tendance. Dans les modèles d'antennes à plaque types, l'élément rayonnant de face supérieure comprend une pâte métallique appliquée sur le substrat diélectrique par le biais d'un procédé de sérigraphie. A moins que l'impression soit réalisée individuellement ou en petites séries, l'emplacement de l'impression sur la surface de chaque élément varie d'une unité à l'autre. Il en résulte alors la nécessité d'un accord unité par unité, ce qui renchérit les coûts et peut avoir des effets négatifs sur la précision de l'antenne et la régularité de la performance. Il est nécessaire de disposer d'un procédé de construction d'antennes à plaque qui mette fin à un accord unité par unité, simplifiant la fabrication, aboutissant à une performance plus régulière et réduisant les coûts des antennes à plaque résultantes. RÉSUMÉ Sont divulgués des antennes à plaque et des procédés de construction d'antennes à plaque. Les antennes à plaque 3056832 2 divulguées comprennent trois éléments principaux : un corps diélectrique, un élément à plaque rayonnante (plaque rayonnante), et une broche d'alimentation. Le corps diélectrique présente une ou plusieurs caractéristiques 5 physiques correspondant à une ou plusieurs caractéristiques physiques d'appariement de la plaque rayonnante. Ces caractéristiques d'appariement permettent un alignement et une fixation corrects de la plaque rayonnante par rapport au corps diélectrique. Le corps diélectrique et la plaque 10 rayonnante comportent tous deux une ouverture centrale. Pour assembler une antenne, la plaque rayonnante est insérée par pression dans le corps diélectrique de manière que les caractéristiques d'appariement et les ouvertures dans les deux éléments se trouvent alignées. Une broche 15 d'alimentation est alors passée par les ouvertures alignées, ce qui permet à l'antenne une connexion à des éléments externes, par exemple des composants électroniques, des systèmes, et/ou des dispositifs de communications. Une fixation supplémentaire de la plaque rayonnante et/ou de la 20 broche d'alimentation est possible par moyen adhésif ou mécanique. Ainsi, le processus de fabrication est simplifié et aboutit à des résultats plus cohérents et des coûts réduits par comparaison avec les procédés actuels couramment employés. L'antenne à plaque peut également comprendre une 25 pluralité de broches d'alimentation, par exemple 2, 3 ou 4 broches. Un mode de réalisation supplémentaire comprend des caractéristiques faisant saillie vers le haut à partir du corps diélectrique afin d'engager des caractéristiques 30 physiques d'une plaque rayonnante, telles que des côtés, des angles ou des ouvertures, afin de garantir un alignement de la plaque rayonnante relativement au corps diélectrique. La configuration divulguée des antennes à plaque 35 permet également de faciliter l'assemblage en permettant une insertion par pression sans brasage manuel. Il en 3056832 3 résulte une production plus rapide à un coût plus faible. En outre, des propriétés de résistance aux chocs mécaniques supérieures sont obtenues, ainsi qu'une résistance aux changements de températures. L'assemblage par insersion par 5 pression est particulièrement approprié lorsque des matières plastiques sont utilisées, qui risqueraient autrement de fondre si un brasage par refusion était employé à haute température. Un aspect de la divulgation a trait aux antennes à 10 plaque. Des antennes à plaque appropriées comprennent un élément rayonnant réalisé à partir d'un matériau conducteur comportant une surface supérieure et une surface inférieure doté d'une ouverture d'élément rayonnant positionnée symétriquement excentrée au sein de l'élément rayonnant ; 15 un substrat diélectrique comportant une surface plane engageant au moins une surface de l'élément rayonnant et une ouverture de substrat diélectrique positionnée symétquement excentrée, le substrat diélectrique étant configure pour engager solidement l'élément rayonnant de 20 manière que l'ouverture de substrat diélectrique soit alignée avec l'ouverture d'élément rayonnant ; une broche d'alimentation conductrice comportant une tête et une tige ; la tige de la broche d'alimentation conductrice passant par l'ouverture d'élément rayonnant et l'ouverture 25 de substrat diélectrique depuis un point d'alimentation sur l'élément rayonnant. L'élément rayonnant peut être fixé au substrat diélectrique par le biais d'un ajustement serré ou d'un ajustement à friction. En outre, l'élément rayonnant peut être fixé au substrat diélectrique par le biais d'une 30 liaison adhésive. Dans certaines configurations, la broche d'alimentation conductrice est fixée à au moins l'un de l'élément rayonnant et du substrat diélectrique par le biais d'une liaison adhésive. La broche d'alimentation conductrice peut être fixée à l'élément rayonnant et au 35 substrat diélectrique par le biais d'une fixation mécanique. Une ou plusieurs broches d'alimentation 3056832 4 conductrices supplémentaires peuvent également être incluses. Le substrat diélectrique peut être en plastique. L'élément de résonance d'antenne à plaque est rond, ovale, ovoïde, carré, ou rectangulaire. 5 Un autre aspect de la divulgation a trait à des procédés de construction ou de fabrication d'une antenne à plaque. Des procédés appropriés comprennent les étapes consistant à : estamper ou découper avec précision un élément rayonnant ; placer l'élément rayonnant, réalisé à 10 partir de matériau conducteur comportant une surface supérieure et une surface inférieure et doté d'une ouverture d'élément rayonnant positionnée symétriquement excentrée, sur un substrat diélectrique comportant une surface plane et une ouverture de substrat diélectrique positionnée 15 symétriquement excentrée ; aligner l'ouverture d'élément rayonnant avec l'ouverture de substrat diélectrique ; fixer l'élément rayonnant au substrat diélectrique ; et faire passer une broche d'alimentation conductrice par l'ouverture d'élément rayonnant et l'ouverture de substrat diélectrique. 20 L'étape de fixation de l'élément rayonnant peut être réalisée par le biais d'un ajustement serré ou d'un ajustement à friction. Selon certains aspects, l'étape de fixation de l'élément rayonnant peut 'é-Ère réalisée par le biais d'une liaison adhésive. D'autres aspects comprennent 25 une combinaison d'ajustement serré/ajustement à friction et de liaison. En outre, l'étape de fixation de la broche d'alimentation peut être réalisée par le biais d'une liaison adhésive, par le biais d'un ajustement serré/ ajustement à friction, ou d'une combinaison de ceux-ci. En 30 outre, l'étape de fixation de la broche d'alimentation peut comprendre une liaison mécanique. Dans certaines configurations, le substrat diélectrique est en plastique. L'antenne à plaque et/ou l'élément résonant peut être de forme ronde, ovale, ovoïde, carrée, ou rectangulaire. 35 Un autre aspect encore de la divulgation a trait à des systèmes d'antennes à plaque. Des systèmes d'antennes à 3056832 5 plaque appropriés comprennent une première antenne à plaque et une deuxième antenne à plaque comprenant un élément rayonnant réalisé à partir d'un matériau conducteur comportant une surface supérieure et une surface inférieure 5 doté d'une ouverture d'élément rayonnant positionnée symétriquement excentrée au sein de l'élément rayonnant ; un substrat diélectrique comportant une surface plane engageant au moins une surface de l'élément rayonnant et une ouverture de substrat diélectrique positionnée 10 symétriquement excentrée, le substrat diélectrique étant configuré pour engager solidement l'élément rayonnant de manière que l'ouverture de substrat diélectrique soit alignée avec l'ouverture d'élément rayonnant ; une broche d'alimentation conductrice comportant une tête et une tige ; 15 la tige de la broche d'alimentation conductrice passant par l'ouverture d'élément rayonnant et l'ouverture de substrat diélectrique depuis un point d'alimentation sur l'élément rayonnant, la première antenne à plaque comprenant une deuxième broche d'alimentation conductrice pour engager la 20 deuxième antenne à plaque. RÉFÉRENCES Se reporter, par exemple, aux documents : US 5 155 493 A délivré le 13 octobre 1992 aux noms de Thurby et al. pour « Tape type microstrip patch antenna » ; 25 US 5 210 542 A délivré le 11 mai 1993 aux noms de Pett et al. pour « Microstrip patch antenna structure » ; US 5 382 959 A délivré le 17 janvier 1995 aux noms de Pett et al. pour « Broadband circular polarization antenna » ; 30 US 5 404 145 A délivré le 4 avril 1995 aux noms de Sa et al. pour « Patch coupled aperture array antenna » ; US 5 442 366 A délivré le 15 août 1995 au nom de Sanford pour « Raised patch antenna » ; US 5 977 710 A délivré le 2 novembre 1999 aux noms de 35 Kuramoto et al. pour « Patch antenna and method for making the same » ; 3056832 6 US 6 211 824 B1 délivré le 3 avril 2001 aux noms de Holden et al. pour « Microstrip patch antenna » ; US 6 246 368 B1 délivré le 12 juin 2001 aux noms de Deming et al. pour « Microstrip wide band antenna and 5 radome » ; US 6 292 143 B1 délivré le 18 septembre 2001 au nom de Romanofsky pour « Multi-mode broadband patch antenna » ; US 6 307 509 B1 délivré le 23 octobre 2001 au nom de Krantz pour « Patch antenna with custom dielectric » ; 10 US 6 359 588 B1 délivré le 19 mars 2002 au nom de Kuntzsch pour « Patch antenna » ; US 6 624 787 B2 délivré le 23 septembre 2003 aux noms de Puzella et al. pour « Slot coupled, polarized egg-crate radiator » ; 15 US 6 879 288 B2 délivré le 12 avril 2005 aux noms de Byrne et al. pour « Interior patch antenna with ground plane assembly » ; US 6 911 939 B2 délivré le 28 juin 2005 aux noms de Caron et al. pour « Patch and cavity for producing dual 20 polarization states with controlled RF beamwidths » ; US 6 937 192 B2 délivré le 30 août 2005 aux noms de Mendolia et al. pour « Method for fabrication of miniature lightweight antennas » US 7 629 928 B2 délivré le 8 décembre 2009 aux noms de 25 Fabrega-Sanchez et al. pour « Patch antenna with electromagnetic shield counterpoise » ; US 8 174 450 B2 délivré le 8 mai 2012 aux noms de Tatarnikov et al. pour « Broadband micropatch antenna system with reduced sensitivity to multipath reception » ; 30 US 8 354 972 B2 délivré le ler janvier 2013 aux noms de Borja et al. pour « Dual-polarized radiating element, dual-band dual-polarized antenna assembly and dualpolarized antenna array » ; US 8 378 893 B2 délivré le 19 février 2013 aux noms de 35 Harokopus pour « Patch antenna » ; et 3056832 7 US 8 587 480 B2 délivré le 19 novembre 2013 aux noms de Kim et al., pour « Patch antenna and manufacturing method thereof » WO 2009/149471 Al publié le 10 décembre 2009, pour 5 « Broadband antenna with multiple associated patches and coplanar grounding for RFID applications » ; et Manesh Passive Patch Antenna - note d'application (4 juin 2013), APAE Series Low Profile Antennas. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 10 Une meilleure compréhension des caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtra en référence à la description détaillée qui suit, qui présente des modes de réalisation donnés à titre d'illustration, dans lesquels les principes de la présente invention sont employés, et en 15 référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure lA est une vue de dessus isométrique d'une antenne à plaque ; la figure 1B est une vue de dessus d'un corps diélectrique ; 20 la figure 1C est une vue de dessus d'une plaque rayonnante ; la figure 1D est une illustration isométrique d'une broche d'alimentation ; la figure lE est une vue de dessus d'une antenne à 25 plaque ; la figure 1F est une vue de côté d'une antenne à plaque ; la figure 1G est une vue de dessous d'une antenne à plaque ; 30 la figure 1H est une vue en coupe d'une antenne à plaque ; la figure 1I est une vue en coupe isométrique d'une antenne à plaque ; la figure 2 est une illustration éclatée d'une antenne 35 à plaque selon la divulgation ; 3056832 8 la figure 3 est une vue de dessus isométrique d'une variante de configuration d'une antenne à plaque ; la figure 4 est une vue de dessus isométrique d'une variante de configuration d'une antenne à plaque ; et 5 la figure 5 est une vue de dessus isométrique d'une variante de configuration d'une antenne à plaque. DESCRIPTION DÉTAILLÉE Sont divulgués des antennes à plaque et des procédés de construction d'antennes à plaque qui comprennent les 10 étapes consistant à : 1) former un corps de matériau diélectrique doté d'une cavité appropriée pour une plaque rayonnante ou un élément de résonance et d'une ouverture pour une broche d'alimentation ; 2) former une plaque rayonnante ou un élément de résonance qui, en dimensions, 15 coïncide avec la cavité et l'ouverture de broche d'alimentation dans le corps diélectrique ; 3) insérer par pression une plaque rayonnante ou un élément de résonance dans la cavité diélectrique ; et 4) installer et fixer la broche d'alimentation à travers la plaque rayonnante ou 20 l'élément de résonance et le corps diélectrique. La plaque rayonnante ou l'élément de résonance de l'antenne à plaque peut, en outre, être fixé par insertion par pression, ajustement serré, ajustement à friction, liaison adhésive ou en utilisant la broche d'alimentation en tant que 25 mécanisme de fixation, par exemple en tant que partie d'un ensemble attache filetée ou attache à friction, par le biais d'une liaison par brasage ou par l'utilisation d'époxy conductrice. L'antenne à plaque peut également comprendre une pluralité de broches d'alimentation, par 30 exemple 2, 3 ou 4 broches. Le corps diélectrique peut être constitué à partir de n'importe quel matériau diélectrique approprié qui possède les propriétés souhaitées, dont les céramiques et les thermoplastiques, sans s'y limiter. La plaque rayonnante 35 peut être constituée à partir de n'importe quel matériau en feuille, carte de circuit imprimé ou autre conducteur 3056832 9 approprié. Dans les modes de réalisation décrits, la plaque rayonnante a une forme rectangulaire. Dans d'autres modes de réalisation, elle peut adopter n'importe quelle forme et peut comprendre une ou plusieurs encoches, fentes, et/ou 5 ouvertures. Étant donné que chaque plaque rayonnante est créée individuellement, par exemple par estampage de métal en feuille ou découpe de précision d'un élément carte de circuit imprimé, l'emplacement exact de la broche 10 d'alimentation relativement aux bords de la plaque rayonnante est garanti. De tels procédés offrent une précision et une répétabilité élevées par comparaison avec les procédés de construction actuellement utilisés. Cela supprime la nécessité de recourir à une adaptation par 15 unité, se traduisant par un coût de fabrication global réduit par comparaison avec les procédés de construction actuels. En outre, en ramenant à un minimum la variation d'une unité à l'autre, le procédé aboutit à une performance reproductible, plus fiable, en particulier dans les 20 applications de fabrication en série. Cela en fait une solution idéale pour l'Id0 (Internet des objets), le M2M (machine à machine), la localisation, la télématique, et les applications automobiles. La figure lA est une vue de dessus isométrique d'un 25 ensemble antenne 100. L'ensemble antenne 100 comprend trois éléments : un corps diélectrique 110, une plaque rayonnante 130 (ou un élément de résonance) et une broche d'alimentation 150. Sur l'illustration, est visible le corps diélectrique 110 qui est vu depuis une surface 30 supérieure de corps diélectrique 112. Une plaque rayonnante 130 avec des faces 132, 134, 136, 138 est disposée sur la surface supérieure de corps diélectrique 112 du corps diélectrique 110 ou au sein d'un évidement dans le corps diélectrique. Comme représenté, la plaque rayonnante 130 35 est disposée centralement sur la surface supérieure de corps diélectrique 112, le corps diélectrique 110 ayant une 3056832 10 longueur et une largeur supérieures à la longueur et la largeur de la plaque rayonnante 130. Une tête de broche d'alimentation 152 d'une broche d'alimentation 150 est visible sur la vue de dessus isométrique. Dans le mode de 5 réalisation illustré, le corps diélectrique 110 est rectangulaire avec des angles arrondis lorsque vu de dessus et a une épaisseur uniforme, T. L'épaisseur du corps diélectrique 110 est habituellement plus élevée que l'épaisseur de la plaque rayonnante 130. Le corps 10 diélectrique 110 et la plaque rayonnante 130 n'ont pas à être carrés, comme il apparaîtra à l'homme de l'art. En outre, tout matériau diélectrique approprié peut être utilisé pour le corps diélectrique 110. Les dimensions totales de l'ensemble peuvent varier en fonction de la mise 15 en oeuvre. Par conséquent, une grande variété de dimensions peut être utilisée sans s'éloigner de la portée de la divulgation. La figure 1B est une vue en plan de dessus du corps diélectrique 110. Située au centre (mais pas nécessairement 20 centrée) dans le corps diélectrique 110 se trouve une cavité 162. La cavité 162 peut être rectangulaire selon une vue en plan, comme représenté, et est délimitée par un premier côté de cavité 122, un deuxième côté de cavité 124, un troisième côté de cavité 126, et un quatrième côté de 25 cavité 128, numérotés dans le sens des aiguilles d'une montre. La cavité 162 a une profondeur uniforme, avec une profondeur (d) qui est inférieure à l'épaisseur (T) du corps diélectrique, d REVENDICATIONS1. Antenne à plaque (100, 200, 300, 400, 500) comprenant : un élément rayonnant (130, 330, 430, 530) réalisé à 5 partir d'un matériau conducteur comportant une surface supérieure (140) et une surface inférieure (144) doté d'une ouverture d'élément rayonnant (146) positionnée symétriquement excentrée au sein de l'élément rayonnant ; un substrat diélectrique (110, 210, 310, 410, 510) 10 comportant une surface plane engageant au moins une surface de l'élément rayonnant et une ouverture de substrat diélectrique (214) positionnée symétriquement excentrée, le substrat diélectrique étant configure pour engager solidement l'élément rayonnant de manière que l'ouverture de substrat 15 diélectrique soit alignée avec l'ouverture d'élément rayonnant (146) ; une broche d'alimentation (150, 350, 350', 350", 450, 450', 550) conductrice comportant une tête (152) et une tige (154) ; 20 la tige de la broche d'alimentation conductrice passant par l'ouverture d'élément rayonnant et l'ouverture de substrat diélectrique depuis un point d'alimentation sur l'élément rayonnant. 2. Antenne à plaque selon la revendication 1, dans 25 laquelle l'élément rayonnant est fixé au substrat diélectrique par le biais d'un ajustement serré ou d'un ajustement à friction. 3. Antenne à plaque selon la revendication 1, dans laquelle l'élément rayonnant est fixé au substrat 30 diélectrique par le biais d'une liaison adhésive. 4. Antenne à plaque selon la revendication 1, dans laquelle la broche d'alimentation conductrice est fixée à au moins l'un de l'élément rayonnant et du substrat diélectrique par le biais d'une liaison adhésive. 35 5. Antenne à plaque selon la revendication 1, dans laquelle la broche d'alimentation conductrice est fixée à 3056832 20 l'élément rayonnant et au substrat diélectrique par le biais d'une fixation mécanique. 6. Antenne à plaque selon la revendication 1, comprenant, en outre, une ou plusieurs broches d'alimentation 5 conductrices supplémentaires. 7. Antenne à plaque selon la revendication 1, dans laquelle le substrat diélectrique est en plastique. 8. Antenne à plaque selon la revendication 1, dans laquelle l'élément de résonance est rond, carré, ou 10 rectangulaire. 9. Procédé de construction d'une antenne à plaque (100, 200, 300, 400, 500) comprenant les étapes consistant à : estamper ou découper avec précision un élément 15 rayonnant (130, 330, 430, 530) ; placer l'élément rayonnant, réalisé à partir de matériau conducteur, comportant une surface supérieure (140) et une surface inférieure (144) et doté d'une ouverture d'élément rayonnant (146) positionnée symétriquement excentrée sur un 20 substrat diélectrique comportant une surface plane et une ouverture de substrat diélectrique positionnée symétriquement excentrée ; aligner l'ouverture d'élément rayonnant avec l'ouverture de substrat diélectrique ; 25 fixer l'élément rayonnant au substrat diélectrique ; et faire passer une broche d'alimentation conductrice (150, 350, 350', 350", 450, 450', 550) par l'ouverture d'élément rayonnant et l'ouverture de substrat diélectrique. 30 10. Procédé selon la revendication 9, comprenant, en outre, l'étape de fixation de l'élément rayonnant par le biais d'un ajustement serré ou d'un ajustement à friction. 11. Procédé selon la revendication 9, comprenant, en outre, l'étape de fixation de l'élément rayonnant par le 35 biais d'une liaison adhésive. 3056832 21 12. Procédé selon la revendication 9, comprenant, en outre, l'étape de fixation de la broche d'alimentation par le biais d'une liaison adhésive. 13. Procédé selon la revendication 9, comprenant, en 5 outre, l'étape de fixation de la broche d'alimentation par le biais d'une liaison mécanique. 14. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le substrat diélectrique est en plastique. 15. Procédé selon la revendication 9, dans lequel 10 l'élément de résonance est rond, carré, ou rectangulaire. 16. Système d'antenne à plaque comprenant une première antenne à plaque et une deuxième antenne à plaque, la première antenne à plaque et la deuxième antenne à plaque comprenant : 15 un élément rayonnant réalisé à partir d'un matériau conducteur comportant une surface supérieure et une surface inférieure doté d'une ouverture d'élément rayonnant positionnée symétriquement excentrée au sein de l'élément rayonnant ; 20 un substrat diélectrique comportant une surface plane engageant au moins une surface de l'élément rayonnant et une ouverture de substrat diélectrique positionnée symétriquement excentrée, le substrat diélectrique étant configuré pour engager solidement l'élément rayonnant de 25 manière que l'ouverture de substrat diélectrique soit alignée avec l'ouverture d'élément rayonnant ; une broche d'alimentation conductrice comportant une tête et une tige ; la tige de la broche d'alimentation conductrice passant par l'ouverture d'élément rayonnant et 30 l'ouverture de substrat diélectrique depuis un point d'alimentation sur l'élément rayonnant, la première antenne à plaque comprenant une deuxième broche d'alimentation conductrice pour engager la deuxième antenne à plaque.