Brevet FR3071969A1 — publié le 20190405

658/06 1FR1 1 ANTENNE RADIOELECTRIQUE ROBUSTE EN IMPEDANCE ET A BAS PROFIL DOMAINE TECHNIQUE [0001] La présente description concerne une antenne radioélectrique et un dispositif biotélémétrique équipé d'une telle antenne radioélectrique. ETAT DE L'ART [0002] Dans le domaine des applications médicales, les dispositifs biotélémétriques sont utilisés pour l'acquisition de signaux physiologiques et l'analyse des données physiologiques associées. [0003] Parmi les dispositifs biotélémétriques, on trouve des dispositifs biotélémétriques ingestibles et/ou implantables in vivo, qui peuvent servir à la fois à la collecte de signaux physiologiques et la mise en oeuvre de fonctions thérapeutiques, comme par exemple la délivrance de médicaments ou la stimulation électrique. Ces dispositifs biotélémétriques se présentent par exemple sous la forme de capsules ingestibles ou d'implants pouvant être insérés dans le corps d'humains ou d'animaux. [0004] Ces dispositifs biotélémétriques intègrent une antenne radioélectrique configurée pour émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique. L'antenne radioélectrique est utilisée pour transmettre des données vers un équipement extérieur de contrôle / d'analyse des données ou pour recevoir les instructions émis par cet équipement. Ces équipements externes sont utilisés notamment pour analyser ex vivo les données transmises par l'antenne radioélectrique. [0005] Lorsque le dispositif biotélémétrique est placé dans un milieu environnant (par exemple un milieu biologique), l'antenne est fortement couplée avec ce milieu environnant et l'impédance de l'antenne radioélectrique est ainsi fortement dépendante des propriétés électromagnétiques (permittivité, conductivité) de ce milieu environnant. En particulier, une désadaptation de l'antenne radioélectrique par rapport au microcontrôleur peut se produire du fait des propriétés électromagnétiques du milieu environnant. [0006] La demande de brevet W02010/119207A1 divulgue un exemple d'antenne radioélectrique, comprenant un résonateur sous forme de corps plat, électriquement conducteur, 27658/06 1FR1 2 comprenant deux éléments d'impédances caractéristiques distinctes, un premier élément étant formé par une bande de matériau conducteur et le deuxième élément étant formé par un serpentin avec un ou plusieurs coudes. Dans cet exemple, les deux éléments du corps plat sont de type microruban proches au milieu environnant. Les impédances caractéristiques de ces deux 5 éléments sont donc susceptibles d'être affectées par les propriétés électromagnétiques variables du milieu environnant dans lequel cette antenne radioélectrique est utilisée. [0007] Une telle antenne radioélectrique présente ainsi un fort couplage avec le milieu environnant et son impédance est donc affectée de manière sensible par le milieu environnant. Une telle antenne radioélectrique manque donc de polyvalence en ce que lorsque l'antenne 10 radioélectrique est conçue pour un milieu environnant spécifique, elle peut mal fonctionner lorsqu'elle se trouve dans un autre milieu environnant. Ceci est particulièrement gênant dans le cadre de l'utilisation de ces antennes radioélectriques dans un dispositif biotelemetrique ingestibles et/ou implantables in vivo destiné à être en contact avec des milieux biologiques environnants variés. 15 [0008] Une désadaptation d'impédance entre l'antenne radioélectrique et le microprocesseur induit en outre des pertes d'énergie dans le dispositif biotelemetrique et impacte les performances en transmission de l'antenne radioélectrique, notamment la puissance de l'onde électromagnétique émis. Ceci est d'autant plus problématique que l'onde électromagnétique doit, pour parvenir à l'équipement externe, traverser le corps dans lequel le 20 dispositif biotelemetrique a été introduit, et ce, avec des épaisseurs et natures de tissus à traverser pouvant être variables selon la localisation dans le corps du dispositif biotelemetrique. [0009] Il apparaît ainsi un besoin de disposer d'une antenne radioélectrique robuste en impédance et peu sensible aux variations de propriétés électromagnétiques du milieu environnant, qui soit utilisable dans un dispositif biotelemetrique ingestible et/ou implantable 25 in vivo, destiné à traverser des milieux biologiques aux propriétés électromagnétiques variées. RE SUME [0010] La présente description a pour objet, selon un premier aspect, une antenne radioélectrique. Cette antenne radioélectrique comprend : un substrat formé en un matériau 30 diélectrique ; un plan de masse en matériau électriquement conducteur, agencé sur une première face du substrat ; un résonateur configure pour convertir un signal électrique incident en une onde électromagnétique, le résonateur comprenant un premier élément ayant une première impédance caractéristique et un deuxième élément ayant une deuxième impédance 27658/06 1FR1 3 caractéristique supérieure à la première impédance caractéristique. Le premier élément est configure pour recevoir le signal électrique incident, le premier élément est formé par une bande en matériau électriquement conducteur, la bande étant agencée sur une deuxième face du substrat opposée à la première face. Le deuxième élément est formé par un segment rectiligne, 5 découpé dans le plan de masse et séparé du reste du plan de masse par une fente de largeur sensiblement fixe. Le deuxième élément est relié électriquement au plan de masse au niveau d'une première extrémité du segment et relié électriquement au premier élément au niveau d'une deuxième extrémité du segment au moyen d'un via traversant le substrat. [0011] L'antenne radioélectrique selon le premier aspect comprend à la fois un élément 10 coplanaire, dans le plan de masse, et un élément sous forme bande de matériau électriquement conducteur (réalisé par exemple, selon la technologie dite de microruban). [0012] Du fait que le deuxième élément soit formé par un segment rectiligne, la circulation des courants électriques dans cet élément est canalisée selon la direction de ce segment, ce qui évite des pertes liés à l'impureté de polarisation. 15 [0013] Une telle antenne radioélectrique est robuste en impédance du fait également de l'utilisation combinée d'une technologie microruban et d'une technologie coplanaire. [0014] Du fait des deux faces de l'antenne radioélectrique, on peut placer l'antenne radioélectrique de sorte que la première face comprenant le premier élément soit du côté d'un milieu environnant et que le deuxième élément soit du côté opposé au milieu environnant. La 20 variation des propriétés électromagnétiques du milieu environnant impactera principalement l'impédance caractéristique du premier élément. En outre, le deuxième élément à plus haute impédance caractéristique, est mieux découplé et isolé de ce milieu environnant, car ce deuxième élément est réalisé comme une ligne coplanaire dans le plan de masse de l'antenne. [0015] Dans un ou plusieurs modes de réalisation, la largeur de la fente entre le segment 25 rectiligne et le plan de masse est comparable ou inférieure à la distance entre le segment rectiligne et le milieu environnant, ce qui permet de « contraindre » le champ électrique non-propageant à l'intérieur du substrat et donc de réduire la sensibilité du deuxième élément aux variations des propriétés électromagnétiques du milieu environnant. Ainsi l'impédance caractéristique de l'antenne radioélectrique sera peu affectée par le milieu environnant ou le 30 changement de milieu environnant ou aux variations des différentes propriétés électromagnétiques du milieu environnant, car l'effet sur l'impédance de l'antenne radioélectrique sera limité à l'effet sur l'impédance caractéristique du premier élément. Tout ceci contribue à augmenter la robustesse en impédance de l'antenne radioélectrique et à la réduction des pertes par défaut d'adaptation d'impédance entre l'antenne radioélectrique et le 27658/06 1FR1 4 reste du circuit électronique dans le dispositif biotélémétrique. L'impédance de l'antenne est peu sensible aux variations du milieu environnant. Le coefficient de réflexion S11, déterminé comme le rapport complexe entre l'intensité complexe du signal électrique incident converti par l'antenne en onde électromagnétique et l'intensité complexe du signal électrique réfléchi 5 résultant d'une réflexion d'une fraction du signal électrique incident, est tel que 1S111 REVENDICATIONS1. Antenne radioélectrique, l'antenne radioélectrique comprenant un substrat formé en un matériau diélectrique ; un plan de masse en matériau électriquement conducteur, le plan de masse étant agencé sur une première face (F2) du substrat ; un résonateur configure pour convertir un signal électrique incident en une onde électromagnétique, le résonateur comprenant un premier élément (El) ayant une première impédance caractéristique et un deuxième élément (E2) ayant une deuxième impédance caractéristique supérieure à la première impédance caractéristique; dans laquelle le premier élément (El) est configure pour recevoir le signal électrique incident, le premier élément (El) est formé par une bande en matériau électriquement conducteur, la bande étant agencée sur une deuxième face (F1) du substrat opposée à la première face (F2) ; le deuxième élément (E2) est formé par un segment rectiligne, découpé dans le plan de masse et séparé du reste du plan de masse par une fente (202) de largeur sensiblement fixe, le deuxième élément (E2) est relié électriquement au plan de masse au niveau d'une première extrémité du segment et relié électriquement au premier élément au niveau d'une deuxième extrémité du segment au moyen d'un via (210) traversant le substrat. 2. Antenne radioélectrique selon la revendication 1, dans laquelle le segment rectiligne est orienté selon une première direction (Y) et la bande en matériau conducteur s'étend longitudinalement selon une deuxième direction (X) distincte de la première direction. 3. Antenne radioélectrique selon la revendication 2, dans laquelle la première direction est sensiblement perpendiculaire à la deuxième direction. 4. Antenne radioélectrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la bande de matériau conducteur est de forme parallélépipédique, en serpentin ou en zigzag. 27658/06 1FR1 15 5. Antenne radioélectrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le segment rectiligne est orienté selon une première direction (Y) et la bande en matériau conducteur s'étend longitudinalement selon une deuxième direction (X) distincte de la première direction, 5 dans laquelle la fréquence fres de résonance de l'antenne radioélectrique est liée à la dimension /hie selon la première direction (Y) du segment rectiligne et la dimension Aow selon la première direction (Y) de la bande de matériau conducteur, à l'impédance caractéristique Zc_low du premier élément et à l'impédance caractéristique Z,high du deuxième élément par les relations : 10 - Zcdow + Z,high tan (flhigh ihigh) tanOlow /low = Zc-high tan(filow ilow) Zc-low talehigh ihigh filo étant la constante de phase du premier élément définie par : 27r r,eff low =c fres Elow Où finie est la constante de phase du deuxième élément définie par 2 15 Phigh =7r fres,\I r,eff Ehigh c étant la vitesse de la lumière, r,eff , Ehigh etant la permittivité relative effective du deuxième élément, Eiro'ew" étant la permittivité relative effective du premier élément. 20 6. Antenne radioélectrique selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le rapport entre la largeur maximale de la bande en matériau conducteur et la largeur du segment rectiligne est compris entre 5 et 0,2. 7. Dispositif biotélémétrique comprenant une antenne radioélectrique selon l'une 25 quelconque des revendications précédentes. 8. Dispositif biotélémétrique selon la revendication 7, le substrat étant dans un matériau flexible et le dispositif biotélémétrique étant sous forme de capsule dans laquelle le substrat est roulé de sorte que la première face (F2) du substrat est tournée vers l'intérieur 30 de la capsule et la deuxième face (F1) est tournée vers l'extérieur de la capsule. 9. Dispositif biotélémétrique selon la revendication 8, dans lequel le substrat de l'antenne 27658/06 1FR1 16 radioélectrique est un substrat polyimide flexible se conformant à la surface interne de la capsule. 10. Dispositif biotélémétrique selon la revendication 7, dans lequel le substrat est dans un 5 matériau rigide et de forme cylindrique, le dispositif biotélémétrique étant intégré dans une capsule dans laquelle l'antenne radioélectrique est placée que la première face du substrat soit tournée vers l'intérieur de la capsule et la deuxième face soit tournée vers l'extérieur de la capsule. 10