Brevet FR3139392A1 — publié le 20240308

TITRE : Capteur radar à structure en guide d’ondes Capteur radar ayant une structure de guide d’ondes (10 ; 54 ; 96) pour guider des signaux microondes, capteur caractérisé en ce que la structure de guide d’ondes (10 ; 54 ; 96) est un produit d’impression 3D. Figure 1 Capteur radar à structure en guide d’ondes DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention se rapporte à capteur radar à structure en guide d’ondes pour conduire des signaux microondes. En particulier, l’invention se rapporte à un capteur radar d’un système d’assistance de conduite pour équiper des véhicules automobiles. ETAT DE LA TECHNIQUE Le document DE 102018 203 106 A1 décrit un exemple de capteur radar à structure de guide d’ondes, à savoir, une antenne guide d’ondes. Les structures guide d’ondes de capteur radar sont fabriquées actuellement en réalisant plusieurs composants de forme en métal dont la surface présente un motif déterminé de cavités qui constitue ensuite les cavités du guide d’ondes. Les composants de forme sont alors réunis pour que les cavités soient tournées l’une vers l’autre et soient alignées pour se compléter en formant des cavités fermées. Il est également possible de réaliser les pièces de forme par injection de matières plastiques et ensuite de métalliser les parois des cavités. Une variante de procédé de fabrication consiste à fraiser les creux destinés à former les cavités dans des plaques massives puis d’assembler plusieurs telles plaques. Le document US 10128 567 B2 décrit une antenne guide d’ondes pour un capteur radar comportant plusieurs groupes d’orifices d’émission situés dans un plan commun. Les plans sont toutefois inclinés l’un par rapport à l’autre, si bien qu’avec un unique capteur radar on émet des signaux radars dans différentes directions pour avoir un champ de vision plus large. La réalisation de telles structures de guide d’ondes avec plusieurs directions d’émission est toutefois relativement compliquée. BUT DE L’INVENTION La présente invention a pour but de développer un capteur radar ayant une structure de guide d’ondes qui se fabrique simplement et offre des possibilités plus importantes de forme et de disposition des guides d’onde. EXPOSE ET AVANTAGES DE L’INVENTION A cet effet, l’invention a pour objet un capteur radar ayant une structure de guide d’ondes pour guider des signaux microondes, capteur caractérisé en ce que la structure de guide d’ondes est un produit d’impression 3D. On connaît des procédés d’impression 3D avec lesquels on peut réaliser également des objets tridimensionnels en métal. Par exemple, le document US 1.052.689 B2 décrit une imprimant qui émet des gouttelettes de métal fondu selon le principe d’une imprimante à jet d’encre sur un substrat. Pour cela, on applique un champ magnétique au produit en fusion. Pour générer les gouttelettes de métal, on fait passer une impulsion de courant dans le bain de métal en fusion de sorte qu’une force de Lorentz agisse sur le métal liquide et expulse le métal fondu à travers une buse. On connaît également un procédé d’impression 3D consistant à figer par stéréolithographie avec un rayonnement laser, une matière de départ qui est initialement liquide. Ce procédé permet de réaliser des cavités sans avoir à remplir la cavité avec un matériau de remplissage. La réalisation des structures de guide d’ondes par un procédé d’impression 3D offre une série d’avantages. D’une part, ce procédé permet la réalisation d’objets de forme complexe qui seraient pratiquement irréalisables avec d’autres techniques de fabrication. Un autre avantage est que toutes les parties de la structure de guide d’ondes sont reliées par une liaison par la matière de sorte qu’il n’est plus nécessaire d’assembler plusieurs pièces de forme ou plaques. On évite ainsi la difficulté d’un contact défectueux aux jonctions entre des segments de paroi électro-conducteurs du guide d’ondes. De plus, les guides d’onde peuvent être réalisés avec des parois très minces, ce qui représente une économie de matière et de poids. En outre, on facilite la mise en forme des structures de guide d’ondes en fonction des spécifications des clients. A titre d’exemple, on peut également imprimer des logos de sociétés, des numéros de série ou indications analogues, directement dans la structure de guide d’ondes. L’invention a également pour objet un procédé de réalisation d’un capteur radar dont la structure de guide d’ondes est obtenue par un procédé d’impression 3D. Les cavités des structures de guide d’ondes peuvent ainsi être réalisées en ce que l’on introduit tout d’abord un matériau de remplissage dans les cavités initialement ouvertes pendant le procédé d’impression, cette matière servant alors de support pour l’impression d’une paroi qui termine le dessus de la cavité. Le matériau de remplissage est susceptible de couler au moins dans certaines conditions, par exemple, à haute température, ce qui permettra ensuite de l’enlever de la structure de guide d’ondes. Le matériau de remplissage peut toutefois être également un matériau diélectrique qui n’amortit que très faiblement le rayonnement microondes et reste pour cela dans la structure de guide d’ondes. De façon caractéristique, la structure de guide d’ondes est sur une platine garnie des composants électroniques du capteur radar. Dans le procédé d’impression de métal 3D on peut réaliser une surface de brasure sur la structure de guide d’ondes qui peut ensuite être soudée à la platine. On peut également imprimer sur la structure de guide d’ondes des organes de fixation tels que, par exemple, des chevilles, des boutons-pressions, des crochets, des éléments d’assemblage par pression ou analogues, avec lesquels on fixe la structure de guide d’ondes à la platine. On peut également utiliser des procédés de frittage selon lesquels on forme des microstructures sur les surfaces à relier, ces microstructures s’accrochant alors les unes dans les autres. On peut également imprimer des structures de fixation pour fixer un radome ou autre composant à la structure de guide d’ondes. En principe, il est également possible d’utiliser directement la platine comme support d’impression pour la structure de guide d’ondes. Cette variante est, en particulier, intéressante si la platine ne reçoit des composants électroniques que sur une face et que la structure de guide d’ondes est sur l’autre face de la platine. Selon une forme de réalisation, le procédé d’impression 3D est un procédé d’impression à plusieurs composants avec lesquels en plus d’un composant métallique, on imprime également avec des composants non métalliques, par exemple, une matière plastique. Dans ce cas, il est, par exemple, possible de réaliser des parois relativement minces du guide d’ondes en métal et de rigidifier les structures par des composants imprimés en matière plastique, ce qui donne une grande stabilité avec un faible poids. Ce procédé peut également servir à fermer des orifices d’émission des guides d’onde avec un matériau transparent au rayonnement de microondes, ce qui évite l’utilisation d’un radome. On peut également imprimer en même temps le matériau de remplissage pendant l’impression des parois du guide d’ondes. Le procédé d’impression 3D convient tout particulièrement pour la réalisation d’antennes de guide d’ondes dont les orifices d’émission ont des orientations différentes. Cela permet de réaliser un capteur radar ayant un champ de vision large qui combine plusieurs fonctions d’orientations, ce qui, jusqu’à présent, n’était réalisable que par une combinaison de plusieurs capteurs radars. Le procédé d’impression 3D permet en outre de réaliser également des structures dont les guides d’ondes se croisent. Cela facilite considérablement l’alimentation d’antenne de guide d’ondes développée en surface ; cela réduit considérablement l’encombrement des conduites d’alimentation des antennes de guide d’ondes. De même, le procédé d’impression 3D permet également de développer des structures de refroidissement telles que des nervures de refroidissement ou des ailettes, directement sur la structure de guide d’ondes. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’exemples de capteur-radar à structure de guide d’ondes représenté dans les dessins annexés dans lesquels : vue en perspective d’une antenne guide d’ondes pour un capteur radar selon un mode de réalisation de l’invention, vue en coupe schématique d’un capteur radar selon un autre mode de réalisation de l’invention, représentation d’une étape d’un procédé de réalisation d’une structure de guide d’ondes, représentation d’une autre étape du procédé de réalisation d’une structure de guide d’ondes, représentation d’une autre étape du procédé de réalisation d’une structure de guide d’ondes, représentation d’une autre étape du procédé de réalisation d’une structure de guide d’ondes, représentation d’une autre étape du procédé de réalisation d’une structure de guide d’ondes, représentation de l’état final d’une structure de guide d’onde, illustration du procédé de réalisation de structure de guide d’ondes selon un autre exemple de réalisation de l’invention, illustration du procédé de réalisation de structure de guide d’ondes selon un autre exemple de réalisation de l’invention, coupe partielle d’une structure de guide d’ondes selon un autre mode de réalisation. DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L’INVENTION La montre un exemple d’une structure de guide d’ondes 10 pour n capteurs radar. Ce mode de réalisation correspond à une structure de guide d’ondes 10 en forme d’antenne guide d’ondes avec deux fenêtres de couplage 10 situées sur le dos non visible de la structure et qui sont alimentées par le rayonnement microondes à partir d’une puce haute fréquences non représentée dans des segments d’extrémité parallèles de deux guides d’onde 14, 16. Les segments d’extrémités des deux guides d’onde sont reliés mécaniquement par une entretoise 18 chacun des deux guides d’onde 14, 16 se divise en quatre branches 20 ou 22 qui vont à un autre cordon d’antenne droit 24 ou 26. Chacun des cordons d’antenne 24, 26 est formé par un guide d’ondes de section rectangulaire dont la paroi supérieure comporte une série de fenêtres de rayonnement (fenêtre d’émission 28). Les cordons d’antenne 14 et 26 sont parallèles les uns aux autres dans un plan commun et sont imbriqués de sorte que chaque cordon d’antenne 24 du guide d’ondes 14 a comme voisin un cordon d’antenne 26 du guide d’ondes 16. Alors que les segments d’extrémité des deux guides d’onde dans lesquels se trouvent les fenêtres d’injection 12 et les cordons d’antenne 24, 26 se situent respectivement dans un plan commun, il faut décaler verticalement les branches 20, 22 l’une par rapport à l’autre pour que les guides d’onde puissent se croiser. Pour cette raison, le guide d’ondes 16 a un segment 30 courbé en forme de S entre la fenêtre d’injection 12 et le point de dérivation des branches 22. Dans la zone transitoire entre les branches 20, 22 et les cordons d’antenne 24, 26 les guides d’onde sont torsadés autour de l’axe longitudinal du cordon d’antenne respectif de sorte que les plans dans lesquels se trouvent les fenêtres de rayonnement 28 sont basculés vers les côtés opposés par rapport au plan des branches 20, 22. Les cordons d’antenne 24 rayonnent ainsi une puissance microonde principalement dans une direction qui, à la , est plutôt tournée vers l’observateur alors que les cordons d’antenne 26 rayonnent la puissance microonde dans une direction qui est plutôt orientée dans le sens opposé à l’observateur. Le capteur radar peut, par exemple, être installé dans un véhicule automobile pour que les cordons d’antenne 24, 26 soient verticaux et que les fenêtres de rayonnement 28 soient orientées principalement vers l’avant ; toutefois, les cordons d’antenne 24 émettent la puissance plutôt vers le côté gauche du véhicule et les cordons d’antenne 26 émettent plutôt vers le côté droit. Au choix, on peut alimenter les deux guides d’ondes 14, 16 avec une puissance différente de sorte que le capteur radar aura une portée différente sur le côté droit et sur le côté gauche du véhicule. Le cas échéant, le profil de la portée peut également varier en fonction des situations. Pour des raisons de stabilité, les cordons d’antenne 24, 26 sont reliés les uns aux autres au niveau de leur extrémité libre par des entretoises 32. L’ensemble de la structure de guide d’ondes 10 est un produit d’impression 3D qui est réalisé en une seule pièce par un procédé d’impression métal 3D. Seules les extrémités libres des cordons d’antenne 24, 26 et les extrémités des segments d’extrémité dans lesquels se trouve la fenêtre d’injection 12 sont encore ouvertes dans leur état représenté à la et elles seront ultérieurement fermées, par des plaquettes de fermeture, lors du montage de la structure d’antenne. Selon un même principe, par le procédé d’impression 3D on peut également réaliser des structures de guide d’ondes dans lesquelles les fenêtres d’émission ont trois directions de rayonnement différentes, par exemple, dans la direction longitudinale du véhicule vers l’avant, vers l’avant droite ou vers l’avant gauche. La puissance peut ainsi se commander pour que le capteur radar ait une plus grande portée dans la direction vers l’avant que dans les deux directions latérales de façon à obtenir une sorte de « radar à vision glissante ». La montre un radar complet selon un autre mode de réalisation selon une section schématique. Le capteur radar 34 a un boîtier 36 qui est fermé sur son dessus selon la par un radom 38. A l’intérieur du boîtier 36, on a une platine 42 tenue par des montants 40 garnis sur leur face inférieure d’une puce haute fréquence 44 (par exemple, un MMIC) et d’autres composants électroniques 46. Le côté extérieur du boîtier 36 forme une unité de connecteur 48 par lequel le capteur radar peut être raccordé à l’électronique d’un système d’assistance de conducteur. Les lignes électriques 50 relient l’unité de connecteur 48 aux chemins conducteurs de la platine 42 qui vont aux contacts électriques (Ball Grid Arrays) de la puce haute fréquence 44 et des composants 46. La puce haute fréquence 44 et les composants 46 sont installés sur une tôle de refroidissement 52 de façon à évacuer la chaleur dégagée par le fonctionnement. Le dessus de la platine 42 a une structure de guide d’ondes 54 sous la forme d’une antenne de guide d’ondes qui a été fabriquée par impression 3D comme la structure de guide d’ondes. La puce haute fréquence 44 a deux points de découplage intégrés par lesquels la puissance microondes est injectée par les passages 56 de la platine 42 dans la structure de guide d’ondes 54. Dans la mesure où l’antenne de guide d’ondes est une antenne d’émission et de réception monostatique, on peut également avoir un flux de signal dans la direction inverse allant de l’antenne à la puce haute fréquence 44. La structure de guide d’ondes 54 représentée seulement par son contour à la a un motif relativement complexe d’antenne de guide d’ondes qui, comme à la , sont des guides d’onde qui se croisent les uns les autres avec des passages 56. A l’endroit auquel les guides d’onde se croisent les uns les autres, doivent se trouver dans plusieurs plans, la structure de guide d’ondes 54 a un plateau relevé 58. Dans l’exemple présenté, la structure de guide d’ondes 54 s’étend au-delà de la platine 42 et présente à l’extérieur du contour de la platine, des excroissances 60 venant dans l’espace sous la platine 42. Cela permet d’utiliser, de manière efficace, le volume disponible dans le boîtier 36 pour des motifs de conduite complexes de la structure de guide d’ondes. Les orifices d’émission par rayonnement des antennes de guide d’ondes se situent en revanche dans des zones 62 dans lesquelles la structure de guide d’ondes 54 a une hauteur plus faible. C’est pourquoi cela garantit que les orifices de rayonnement sont à une distance suffisante du radom 38. Dans l’exemple de la , la paroi du fond de la structure de guide d’ondes 54 qui est en métal peut être soudée directement à la platine 42 ou être collée. Selon une autre forme de réalisation, dans laquelle la structure de guide d’ondes ne déborde pas du bord de la platine, la platine pourrait également être un support d’impression pour imprimer la structure de guide d’ondes. Un procédé d’impression d’une structure de guide d’ondes sera décrit ci-après, de manière plus détaillée, à l’aide des figures 3 à 8, par exemple, la structure de guide d’ondes 10 de la . La montre une coupe d’une partie de la structure de guide d’ondes plus particulièrement une coupe de l’un des cordons d’antenne 24 à la hauteur de l’entretoise 32 dans un état au cours du procédé d’impression. A l’aide d’une tête d’impression 64 traversante, on a déjà imprimé les entretoises 32 ainsi que le fond 70 et les parois latérales 68 du guide d’ondes sur un support. Sur le dessus, le guide d’ondes est encore ouvert. Les deux parois latérales 68 ont une hauteur légèrement différente et sont ainsi inclinées légèrement de façon correspondante dans la direction d’émission du cordon d’antenne par rapport à la verticale. On peut également, dans un procédé d’impression 3D et sans utiliser un substrat d’impression, ne pas réaliser des parois horizontales, mais il est aussi possible de réaliser des parois légèrement inclinées par rapport à la direction verticale. Comme du fait des gouttelettes éjectées par la tête d’impression 64, du métal encore liquide à l’arrivée sur l’objet d’impression fige immédiatement, on peut faire passer la matière dans chaque position de gouttelettes sensiblement sur la matière dans la couche suivante en profondeur de sorte que on obtient une paroi latérale de côté incliné. Lorsqu’on atteint le stade représenté à la , on interrompt le procédé d’impression et on remplit la cavité du guide d’ondes avec un matériau de remplissage 72 comme le montre la . Le matériau de remplissage 72 est, par exemple, du sable à grains fins, fluide. La matière de remplissage en excédant est râclée avec une râcle de sorte que l’on obtient une surface de support d’impression, plane pour imprimer le couvercle du guide d’ondes comme le montre la . Ensuite, on reprend le procédé d’impression et on imprime une paroi supérieure 74 pratiquement horizontale. La montre l’état à la fin de l’opération d’impression. Dans cet état, on peut détacher la structure de guide d’ondes du substrat 70. La montre un segment d’extrémité du cordon d’antenne 24 en coupe longitudinale. Comme le cordon d’antenne a une extrémité ouverte, on peut simplement faire couler la matière de remplissage 72. La montre l’état final du cordon d’antenne 24 après avoir fermé l’extrémité ouverte du guide d’ondes par une plaque de fermeture 76 soudée. Une variante pour la réalisation de la structure de guide d’ondes 10 par le procédé d’impression 3D est présentée à la . L’état ainsi présenté correspond à celui de la . Dans cette variante de procédé, on a, toutefois prévu en plus de la tête d’impression 64 pour du métal, une autre tête d’impression 78 avec laquelle on imprime le matériau de remplissage 80 qui remplit la cavité du guide d’ondes. Le matériau de remplissage 80 peut être, par exemple, une cire ou autre matériau facilement fusible qui se liquéfie qui sera déversé après la fin du procédé d’impression. Au choix, on peut également utiliser une matière soluble que l’on peut évacuer avec un solvant. Dans l’exemple présenté, la matière de remplissage 80 n’est pas un bloc massif, mais une structure en nid d’abeille avec des cavités 82 en forme de losange. Ces cavités permettent d’avoir, non seulement, une économie de matière, mais également d’accélérer le procédé d’enlèvement de la matière de remplissage. La montre une autre variante du procédé de fabrication. Dans ce procédé, on utilise cinq têtes d’impression, à savoir deux têtes d’impression 64 pour du métal, deux têtes d’impression 84 pour un agent de refroidissement et une tête d’impression 86 installée au milieu pour une matière de remplissage 88. Les têtes d’impression sont prévues, de manière symétrique, sur un chariot traversant à l’impression des parois latérales 68, à chaque passage du chariot, on imprime avec la tête d’impression 64 une partie de ces parois latérales. Avec la tête d’impression suivante, on injecte un agent de refroidissement, liquide dans l’espace entre les deux parois latérales avec la tête d’impression 86 on expulse les gouttelettes de la matière de remplissage 88 dans l’agent de refroidissement. L’agent de refroidissement fait que les gouttelettes se figent immédiatement. Si, au cours du passage suivant du chariot, d’autres gouttelettes de la matière de remplissage 88 sont imprimés, elles ne peuvent plus se lier aux gouttelettes imprimées précédemment, de sorte que les gouttelettes restent isolées les unes des autres et en commun, elles forment, avec l’agent de refroidissement, une boue qui coule difficilement. Lorsque les parois latérales 68 ont atteint leur pleine hauteur, on commence, avec l’imprimante, le mur supérieur 74 alors que dans cette zone dans laquelle la paroi supérieure est plus haute, on imprime avec du moyen de refroidissement et de l’agent de remplissage. A la fin du procédé d’impression, on peut rincer facilement le mélange de matériaux de remplissage et d’agent de remplissage. La est une coupe partielle d’un capteur radar 90 selon un autre mode de réalisation. Ce capteur radar a une platine 92 dont le dessus est garni de puces hautes fréquences 94. Une structure de guide d’ondes 96 pour former une antenne de guide d’ondes est prévue au-dessus de la puce hautes fréquences 94 et comporte deux cordons d’antenne 98, parallèles, qui sont présentés en coupe à la . De façon analogue à la , les cordons d’antenne 98 sont représentés légèrement basculés les uns par rapport aux autres, de sorte que les parois du dessus comportent des fenêtres d’émission 100 légèrement inclinées les unes par rapport aux autres et ainsi la puissance microondes est émise dans différentes directions. Le côté inférieur de chaque cordon d’antenne 98 a une structure d’injection 102 par laquelle le signal microondes généré par la puce hautes fréquences 94 est injecté dans le guide d’ondes. La structure de guide d’ondes 96 est également réalisée en une seule pièce par procédé d’impression 3D. On a en même temps imprimé les organes de fixation de type cheville 104 avec lesquels on fixe la structure de guide d’ondes 96 simplement à la platine 92. En même temps, on a également imprimé une trame de broches parallèles 106 avec lesquelles la structure de guide d’ondes s’appuie sur les broches 106 qui, comme l’ensemble de la structure de guide d’ondes, sont en métal et servent en même temps d’ailettes de refroidissement pour le réchauffage de la puce haute fréquence 94 qui est, par exemple, couplé thermiquement avec une pâte thermo-conductrice aux structures de découplage d’extrémité 102. Capteur radar ayant une structure de guide d’ondes (10 ; 54 ; 96) pour guider des signaux microondes, capteur caractérisé en ce que la structure de guide d’ondes (10 ; 54 ; 96) est un produit d’impression 3D. Capteur radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins des parties de la structure de guide d’ondes imprimée (10 ; 54 ; 96) sont en métal. Capteur radar selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la structure de guide d’ondes (10) comprend une antenne de guide d’ondes ayant plusieurs groupes de fenêtres de rayonnement d’émission (28) qui sont situés dans des plans inclinés les uns par rapport aux autres. Capteur radar selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de guide d’ondes (10) comporte des guides d’ondes (14, 16) qui se croisent. Capteur radar selon la revendication 4, caractérisé en ce que les guides d’ondes qui se croisent (14, 16) ont des segments (24, 26) situés dans un plan commun. Capteur radar selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de guide d’ondes (54) est reliée à une platine (42) par soudage, collage, frittage, serrage ou vissage. Capteur radar selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la platine (42) forme un support d’impression sur lequel est imprimée la structure de guide d’ondes (54). Capteur radar selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel La structure de guide d’ondes (87) comporte des organes de fixation imprimés (104) et qui la relient à un autre composant (92) de capteur radar. Capteur radar selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de guide d’ondes (96) comporte des structures de réchauffement imprimées (106) pour réchauffer des composants électroniques (94) du capteur radar. Capteur radar selon l’une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les organes de fixation (104) et/ou les structures de réchauffage (106) ont la forme de broches perpendiculaires à un composant en forme de plaque (92) du capteur radar et qui ont une souplesse compensant les coefficients de dilatation thermique différents de la structure de guide d’ondes (96) et du composant en forme de plaque (92). Capteur radar selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de guide d’ondes (96) est une antenne de guide d’ondes ayant des fenêtres de rayonnement (100) en une matière perméable au rayonnement de microondes et qui sont imprimées en une seule fois avec des parties électro-conductrices de la structure de guide d’ondes (96) par un procédé d’impression à plusieurs composants. Procédé de réalisation d’un capteur radar ayant une structure de guide d’ondes (10 ; 54 ; 96), caractérisé en ce que on réalise la structure de guide d’ondes par un procédé d’impression 3D. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le procédé d’impression 3D est un procédé d’impression par jet d’encre. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que avant la fin du procédé d’impression on remplit les cavités de la structure de guide d’ondes par un matériau de remplissage (72 ; 80 ; 88) qui forme la fermeture de la structure de guide d’ondes terminant un substrat d’impression pour imprimer les parties fermant les cavités et qui est fluide au moins dans certaines conditions. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le procédé d’impression 3D est un procédé d’impression stéréo-lithographique.