Brevet FR3144429A1 — publié le 20240628

Dispositif (1) comprenant une antenne (2), une première structure (3) et une deuxième structure (4) semi-réfléchissante. La première structure (3) et la deuxième structure (4) délimitent une cavité (25) dans laquelle s’étend l’antenne (2). L’antenne (2) est configurée pour émettre et recevoir des ondes électromagnétiques (31, 41) en direction de la première structure (3) et/ou de la deuxième structure (4). La première structure (3) est configurée pour réfléchir des ondes électromagnétiques (41) en direction de la deuxième structure (4). Système de détection du cancer du sein comprenant un tel dispositif (1). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Dispositif comprenant une antenne à micro-ondes et des structures produisant des interférences constructives L’invention se rapporte au domaine des dispositifs d’émission d’ondes électromagnétiques, en particulier de micro-ondes. L’invention présente un intérêt particulier, non limitatif, dans le secteur de l’imagerie médicale pour la détection du cancer du sein. État de la technique antérieure Les techniques conventionnelles de dépistage du cancer du sein comprennent la radiographie par rayons X, l’échographie et l’imagerie par résonance magnétique. Compte tenu de la prévalence du cancer du sein, il existe un besoin de procurer des dispositifs d’examen complémentaires permettant de favoriser l’accès à un tel dépistage. A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif comprenant une antenne, une première structure et une deuxième structure semi-réfléchissante qui délimitent une cavité dans laquelle s’étend l’antenne, l’antenne étant configurée pour émettre des ondes électromagnétiques en direction de la première structure et/ou de la deuxième structure, la première structure étant configurée pour réfléchir les ondes électromagnétiques en direction de la deuxième structure. Le dispositif de l’invention permet d’améliorer l’efficacité de transmission de la puissance et la directivité de l’antenne. En particulier, la première structure permet de renvoyer des ondes réfléchies en direction de la deuxième structure de sorte à augmenter la puissance du rayonnement dirigé vers la deuxième structure et, par suite, du rayonnement transmis par exemple à un échantillon ou objet d’étude. La deuxième structure étant semi-réfléchissante, le dispositif permet de propager un rayonnement électromagnétique en-dehors du dispositif, par exemple dans un tissu biologique à examiner, en optimisant la puissance et la directivité de ce rayonnement. Il est préféré que l’antenne soit configurée pour rayonner de manière isotrope. Alternativement, l’antenne peut toutefois rayonner de manière anisotrope. Dans un mode de réalisation, l’antenne est configurée pour émettre des micro-ondes. Les micro-ondes comprennent typiquement des fréquences comprises entre 300 MHz et 300 GHz. Il est préféré que l’antenne du dispositif de l’invention soit configurée pour émettre des ondes électromagnétiques ayant une fréquence comprise entre 2,9 GHz et 14,09 GHz, plus préférentiellement des ondes électromagnétiques ayant une fréquence comprise entre 2,9 GHz et 8,5 GHz, par exemple des ondes électromagnétiques ayant une fréquence comprise entre 3,4 GHz et 4,5 GHz. Dans un mode de réalisation, l’antenne est une antenne planaire. Plus spécifiquement, l’antenne peut être une antenne ayant un élément rayonnant gravé sur un circuit imprimé, aussi appelée « antenne micropatch » ou « antenne microruban » ou « antenne microbande » ou en anglais « microstrip patch antenna ». Une telle antenne planaire a notamment pour avantages de présenter un faible encombrement et une faible masse, d’être facile à fabriquer, de convenir à une production en série et d’avoir ainsi un coût de fabrication peu élevé. Dans un mode de réalisation, la première structure est une structure de type miroir de Bragg. Autrement dit, la première structure peut avoir un fonctionnement similaire à un miroir de Bragg. De manière connue en soi, un miroir de Bragg permet de maximiser l’énergie du rayonnement réfléchi, en réalisant des interférences constructives. Les dimensions et/ou positions relatives de la première structure et/ou de la deuxième structure et/ou de l’antenne peuvent être déterminées à partir d’une longueur d’onde de fonctionnement optimale, celle-ci correspondant de préférence à une fréquence de résonance de l’antenne. Dans un mode de réalisation, la première structure comprend une surface de réflexion située à une distance d’une surface de réflexion de la deuxième structure proportionnelle à ladite longueur d’onde de fonctionnement optimale. Il est préféré que cette distance soit inférieure à ladite longueur d’onde de fonctionnement optimale. Par exemple, cette distance peut être inférieure ou égale à la moitié de cette longueur d’onde de fonctionnement optimale. Pour autre exemple, cette distance peut être égale au soixantième de ladite longueur d’onde de fonctionnement optimale. Bien entendu, cette distance peut correspondre à une fraction différente de ladite longueur d’onde de fonctionnement optimale, par exemple une fraction comprise entre la moitié et le soixantième de cette longueur d’onde de fonctionnement optimale. Dans un mode de réalisation, la première structure comprend deux surfaces de réflexion espacées l’une de l’autre d’une distance inférieure ou égale au huitième, plus préférentiellement au cinquantième, de ladite longueur d’onde de fonctionnement optimale. Bien entendu, cette distance peut correspondre à une fraction différente de ladite longueur d’onde de fonctionnement optimale, par exemple une fraction comprise entre le huitième et le cinquantième de cette longueur d’onde de fonctionnement optimale. Dans un mode de réalisation, la deuxième structure comprend deux surfaces de réflexion espacées l’une de l’autre d’une distance inférieure ou égale au huitième, plus préférentiellement au cinquantième, de ladite longueur d’onde de fonctionnement optimale. Bien entendu, cette distance peut correspondre à une fraction différente de ladite longueur d’onde de fonctionnement optimale, par exemple une fraction comprise entre le huitième et le cinquantième de cette longueur d’onde de fonctionnement optimale. Dans un mode de réalisation, l’antenne comprend une surface de rayonnement située à une distance d’une surface de réflexion de la première structure et/ou d’une surface de réflexion de la deuxième structure qui est proportionnelle à ladite longueur d’onde de fonctionnement optimale. De manière non limitative, cette distance peut être inférieure ou égale au quart de cette longueur d’onde de fonctionnement optimale. Dans un mode de réalisation nullement limitatif, l’antenne est située à équidistance de la première structure et de la deuxième structure. Dans un mode de réalisation, l’antenne est configurée pour fonctionner en émission et en réception, afin de pouvoir par exemple recevoir des ondes réfléchies par ledit échantillon ou objet d’étude. L’invention a aussi pour objet un système comprenant un ou plusieurs dispositifs tels que définis ci-dessus. Ce système peut être destiné à la détection du cancer du sein. A cet effet, le système peut comprendre une structure de support configurée pour porter ou recevoir lesdits dispositifs. Dans un mode de réalisation, la structure de support comprend un matériau souple. De manière non limitative, la structure de support du système peut former un soutien-gorge, une brassière ou un maillot. L’invention a aussi pour objet un procédé d’émission d’ondes électromagnétiques à l’aide d’un dispositif tel que défini ci-dessus. Le procédé peut comprendre une réception d’ondes électromagnétiques à l’aide de l’antenne dudit dispositif. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit. La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels : – est une vue schématique d’un dispositif conforme à l’invention ; – est une vue schématique d’une antenne d’un dispositif conforme à l’invention ; – est une vue schématique en perspective d’une structure réfléchissante d’un dispositif conforme à l’invention ; – est une vue schématique en perspective d’une structure semi-réfléchissante d’un dispositif conforme à l’invention. Description détaillée de modes de réalisation Un dispositif 1 conforme à l’invention est représenté de manière schématique à la . Le dispositif 1 de la comprend une antenne 2, une structure 3 réfléchissante, ou au moins partiellement réfléchissante, et une structure 4 semi-réfléchissante. Dans cet exemple, l’antenne 2 est une antenne microbande. De manière connue en soi, une antenne microbande est une antenne globalement plane formée par un substrat diélectrique, un plan de masse et un élément rayonnant, connu sous la dénomination anglo-saxonne « patch », l’élément rayonnant et le plan de masse étant chacun agencés sur une face respective du substrat. En référence à la , le substrat 5 de l’antenne 2 est réalisé dans un matériau composite de résine époxyde renforcé en fibre de verre, connu sous la dénomination « FR4 ». L’élément rayonnant 6 et le plan de masse (non visible à la ) sont chacun formés par une couche de cuivre conducteur. De manière non limitative, le substrat 5 a une épaisseur de 1,6 mm. L’élément rayonnant 6 forme une surface conductrice, aussi appelée « surface de rayonnement », qui présente dans cet exemple une géométrie rectangulaire de côtés de dimensions X1 égale à 12 mm et X2 égale à 18 mm. Dans cet exemple, l’élément rayonnant 6 et le plan de masse ont chacun une épaisseur de 35 µm. L’antenne 2 est ici alimentée de manière classique par une ligne de transmission de type microruban 7. Dans cet exemple, l’antenne 2 est configurée pour produire un rayonnement électromagnétique dans le domaine des micro-ondes, en l’occurrence de sorte à pouvoir fonctionner dans une plage de fréquences comprise entre une fréquence minimale de 2,9 GHz et une fréquence maximale de 4,5 GHz, avec une fréquence de résonance de 3,7 GHz. Dans l’exemple particulier ici décrit, qui n’est pas limitatif, la fréquence de résonance de l’antenne 2 correspond à une longueur d’onde λ de 81,02 mm, aussi appelée « longueur d’onde de fonctionnement optimale ». Les dimensions X1 et X2 de l’élément rayonnant 6 de l’antenne 2 sont donc inférieures à la longueur d’onde de fonctionnement optimale. Il est généralement préféré que les dimensions X1 et X2 de l’élément rayonnant 6 de l’antenne 2 soient comprises entre 0,1 et 1 fois la longueur d’onde de fonctionnement optimale. En référence à la , la structure 3 du dispositif 1 est globalement parallélépipédique et présente des côtés de dimensions X3 et X4, et une épaisseur X5. La structure 3 comprend d’une part une couche 11, aussi appelée « couche externe » ou « interface externe », et d’autre part, un réseau d’éléments réflecteurs 12 formant une couche interne de la structure 3, aussi appelée « interface interne ». Les éléments réflecteurs 12 sont reliés à la couche 11 par des plots 13, formant des traversées conductrices, qui sont dans cet exemple tubulaires. Dans cet exemple, les éléments réflecteurs 12 présentent une géométrie carrée de côté de dimension X6 et sont espacés deux à deux d’une distance X7 définissant des ouvertures dans la couche interne de la structure 3. Les plots 13 sont espacés deux à deux d’une distance X8. La structure 3 comprend par ailleurs un milieu diélectrique 14 formant un substrat s’étendant entre la couche 11 et les éléments réflecteurs 12 qui sont dans cet exemple métalliques. De manière non limitative, la structure 3 comprend dans cet exemple un réseau de 25 éléments réflecteurs 12, l’épaisseur de la couche 11 et des éléments réflecteurs 12 est égale à 0,035 mm, le diamètre des plots 13 est égal à 1 mm, X3 et X4 sont chacune égales à 68,13 mm, X5 est égale à 1,6 mm, X6 est égale à 12,13 mm, X7 est égale à 1,5 mm et X8 est égale à 13,625 mm. La structure 3 constitue une structure équivalente à un miroir de Bragg, en particulier un miroir électromagnétique à bande interdite, aussi connu sous la dénomination anglo-saxonne « Electromagnetic Band-Gap (EBG) mirror ». Les dimensions de la structure 3 peuvent être déterminées en utilisant la loi de Bragg définie par la formule suivante : où est un facteur de diffraction qui peut être un nombre entier ou l’inverse d’un nombre entier, est la longueur d’onde d’un rayon électromagnétique, correspond à la distance X8, et est l’angle formé par le rayon réfléchi par rapport à la surface formée par les éléments réflecteurs 12. La structure 3 peut être modélisée à l’aide d’un circuit électrique équivalent à une inductance en parallèle avec un condensateur dont l’impédance équivalente est donnée par l’équation suivante : où est l’impédance, l’inductance, la capacitance, la pulsation de l’onde électromagnétique et l’opérateur complexe tel que . Les équations suivantes permettent de déterminer la fréquence inférieure et la fréquence supérieure de la plage de fréquences du rayonnement auquel est exposée la structure 3 : où est la fréquence de résonance et la pulsation de résonance ; où est la perméabilité du vide et la permittivité du vide ; La capacitance et l’inductance peuvent être exprimées de la manière suivante : où est la permittivité du substrat 14. où est la perméabilité du substrat 14. Concernant la structure 4 du dispositif 1, un mode de réalisation de celle-ci est représenté à la . En référence à la , la structure 4 est globalement parallélépipédique et présente des côtés de dimensions X11 et X12, et une épaisseur X13. La structure 4 comprend d’une part un réseau d’éléments réflecteurs 51 formant une couche externe de la structure 4, aussi appelée « interface externe », et d’autre part, un réseau d’éléments réflecteurs 52 formant une couche interne de la structure 4, aussi appelée « interface interne ». Dans cet exemple, les éléments réflecteurs 51 présentent une géométrie carrée de côté de dimension X14 et sont espacés deux à deux d’une distance X15 définissant des ouvertures dans la couche externe de la structure 4. Les éléments réflecteurs 52 de la structure 4 de la présentent eux aussi une géométrie carrée de côté de dimension X16 et sont espacés deux à deux d’une distance X17 définissant des ouvertures dans la couche interne de la structure 4. La structure 4 comprend par ailleurs un milieu diélectrique 53 formant un substrat portant les éléments réflecteurs 51 et 52 qui sont dans cet exemple métalliques. De manière non limitative, la structure 4 comprend dans cet exemple un réseau de 25 éléments réflecteurs 51 et de 25 éléments réflecteurs 52, l’épaisseur des éléments réflecteurs 51 et 52 est égale à 0,035 mm, X11 et X12 sont chacune égales à 68,13 mm, X13 est égale à 1,6 mm, X14 est égale à 12,05 mm, X15 est égale à 1,58 mm, X16 est égale à 12,13 mm et X17 est égale à 1,50 mm. Dans cet exemple, les dimensions X13, X16 et X17 de la structure 4 sont respectivement égales aux dimensions X5, X6 et X7 de la structure 3. De manière non limitative, les dimensions X14 et X15 sont choisies de sorte que X15 soit égale à 1,05 fois X17 afin de former des espaces légèrement plus larges entre les éléments réflecteurs 51 qu’entre les éléments réflecteurs 52. Les structures 3 et 4 décrites ci-dessus présentent ainsi des propriétés réfléchissantes, au sens où elles ont chacune un coefficient de réflexion inférieur à celui de l’air, voire un coefficient de réflexion négatif. La structure 4 fonctionne tel un miroir semi-réfléchissant, c’est-à-dire qu’elle est configurée pour réfléchir une partie du rayonnement électromagnétique auquel elle est exposée et pour laisser passer une autre partie de ce rayonnement. Plus particulièrement, la structure 4 de la constitue une structure équivalente à une surface semi-réfléchissante connue sous la dénomination anglo-saxonne « Partially Reflective Surface (PRS) ». En référence à la , les structures 3 et 4 sont espacées l’une de l’autre le long d’une direction D1 et leurs interfaces 11, 12, 51 et 52 s’étendent chacune perpendiculairement par rapport à la direction D1. Les interfaces 11, 12, 51 et 52, qui forment des surfaces de réflexion, sont donc parallèles entre elles. Dans cet exemple nullement limitatif, la distance X20 séparant les interfaces 12 et 52 formées par les structures 3 et 4, respectivement, est égale à la moitié de la longueur d’onde λ de fonctionnement optimale de l’antenne 2, X20 étant ici égale à 40,51 mm. De manière non limitative, l’antenne 2 est dans cet exemple située à équidistance des structures 3 et 4. La distance X21 entre l’interface 12 de la structure 3 et la surface de rayonnement 6 de l’antenne 2 ainsi que la distance X22 entre l’interface 52 de la structure 4 et la surface de rayonnement 6 de l’antenne 2 correspondent chacune à la moitié de la distance X20. Les structures 3 et 4 délimitent ainsi une cavité 25 qui s’étend entre les interfaces 12 et 52. L’antenne 2 s’étend au sein de la cavité 25 du dispositif 1. Par convention, il est ici considéré que la structure 4 est située à l’avant de l’antenne 2 et que la structure 3 est située à l’arrière de l’antenne 2. Les différentes ondes décrites ci-dessous en référence à la sont représentées de manière schématique et simplifiée à la , sans respecter leurs forme et dimensions relatives réelles par rapport au dispositif 1 et en particulier par rapport aux structures 3 et 4. De même, les dimensions relatives des différentes parties du dispositif 1 ne sont pas strictement respectées sur les figures qui visent simplement à illustrer le principe de l’invention. Lorsque l’antenne 2 rayonne des ondes électromagnétiques, une onde électromagnétique 31 se propage dans la cavité 25 en direction de la structure 4. La structure 4 renvoie une partie de l’onde 31 dans la cavité 25 du dispositif 1 et une autre partie de l’onde 31 en-dehors du dispositif 1. Plus précisément, une partie de l’onde 31 est réfléchie par l’interface 52 de la structure 4 pour former une onde 32 se propageant en direction de la structure 3. Une autre partie de l’onde 31 est réfléchie par l’interface 51 de la structure 4 pour former une onde 33 se propageant elle aussi en direction de la structure 3. Par ailleurs, une partie de l’onde 31 est réfractée de sorte à former une onde 34 se propageant à l’extérieur du dispositif 1. Dans cet exemple, les ondes 32 et 33 sont chacune déphasées de π par rapport à l’onde 31 et sont donc en phase l’une par rapport à l’autre, produisant des interférences constructives. L’onde 34 est quant à elle en phase par rapport à l’onde 31. Le rayonnement de l’antenne 2 génère par ailleurs une onde électromagnétique 41 se propageant dans la cavité 25 vers l’arrière de l’antenne 2, en direction de la structure 3. Une partie de l’onde 41 est réfléchie par l’interface 12 de la structure 3 pour former une onde 42 se propageant en direction de la structure 4. Une autre partie de l’onde 41 est réfléchie par l’interface 11 de la structure 3 pour former une onde 43 se propageant elle aussi en direction de la structure 4. Les ondes 42 et 43 sont toutes deux en phase par rapport à l’onde 31, produisant des interférences constructives. Les ondes 42 et 43, qui sont en phase avec l’onde 31, sont à leur tour réfléchies et réfractées par la structure 4 selon le processus décrit ci-dessus en référence à l’onde 31. En outre, les ondes 32 et 33 sont elles aussi réfléchies par la structure 3 selon le processus décrit ci-dessus en référence à l’onde 41, produisant à leur tour des ondes réfléchies en direction de la structure 4. Ces réflexions multiples produisent des interférences constructives qui permettent d’améliorer l’efficacité du rayonnement et la directivité de l’antenne 2, augmentant la puissance rayonnée dans la direction D1 et sortant du dispositif 1 par la structure 4. L’invention permet, notamment, de réaliser un système d’imagerie pouvant être utilisé pour détecter le cancer du sein, par exemple en disposant une série de dispositifs tels le dispositif 1 décrit ci-dessus dans un sous-vêtement, par exemple dans un soutien-gorge. Outre les nombreuses applications dans lesquelles l’invention peut être mise en œuvre, celle-ci n’est pas limitée au dispositif 1 décrit ci-dessus à titre d’exemple. Notamment, les dimensions et/ou la géométrie et/ou les matériaux de l’antenne 2 et/ou des structures 3 et/ou 4, ou encore la plage de fréquences de fonctionnement de l’antenne 2, peuvent être modifiés sans sortir du cadre de l’invention. Ainsi, dans une variante de réalisation, non représentée, l’antenne 2 comprend plusieurs éléments rayonnant formant ensemble ladite surface de rayonnement. Pour autre exemple, dans un mode de réalisation non représenté, l’antenne 2 du dispositif 1 peut être une antenne radioélectrique non planaire et/ou être configurée pour rayonner de manière anisotrope. Dispositif (1) comprenant une antenne (2), caractérisé en ce qu’il comprend une première structure (3) et une deuxième structure (4) semi-réfléchissante qui délimitent une cavité (25) dans laquelle s’étend l’antenne (2), l’antenne (2) étant configurée pour émettre des ondes électromagnétiques (31, 41) en direction de la première structure (3) et/ou de la deuxième structure (4), la première structure (3) étant configurée pour réfléchir les ondes électromagnétiques (41) en direction de la deuxième structure (4). Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel l’antenne (2) est configurée pour émettre des micro-ondes, de préférence des ondes électromagnétiques ayant une fréquence comprise entre 2,9 GHz et 14,09 GHz, plus préférentiellement des ondes électromagnétiques ayant une fréquence comprise entre 2,9 GHz et 8,5 GHz. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’antenne (2) est une antenne planaire. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première structure (3) est une structure de type miroir de Bragg. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la première structure (3) comprend une surface de réflexion (12) située à une distance d’une surface de réflexion (52) de la deuxième structure (4) proportionnelle à une longueur d’onde de fonctionnement optimale, par exemple inférieure ou égale à la moitié de cette longueur d’onde de fonctionnement optimale, la longueur d’onde de fonctionnement optimale correspondant de préférence à une fréquence de résonance de l’antenne (2). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel : – la première structure (3) comprend deux surfaces de réflexion (11, 12) espacées l’une de l’autre d’une distance inférieure ou égale au huitième, plus préférentiellement au cinquantième, d’une longueur d’onde de fonctionnement optimale, la longueur d’onde de fonctionnement optimale correspondant de préférence à une fréquence de résonance de l’antenne (2), et/ou – la deuxième structure (4) comprend deux surfaces de réflexion (51, 52) espacées l’une de l’autre d’une distance inférieure ou égale au huitième, plus préférentiellement au cinquantième, d’une longueur d’onde de fonctionnement optimale, la longueur d’onde de fonctionnement optimale correspondant de préférence à une fréquence de résonance de l’antenne (2). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’antenne (2) comprend une surface de rayonnement (6) située à une distance d’une surface de réflexion (12) de la première structure (3) et/ou d’une surface de réflexion (52) de la deuxième structure (4) qui est proportionnelle à une longueur d’onde de fonctionnement optimale, par exemple inférieure ou égale au quart de la longueur d’onde de fonctionnement optimale, la longueur d’onde de fonctionnement optimale correspondant de préférence à une fréquence de résonance de l’antenne (2). Système destiné à la détection du cancer du sein, comprenant un ou plusieurs dispositifs (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Système selon la revendication 8, comprenant une structure de support, comprenant de préférence un matériau souple, la structure de support formant par exemple un soutien-gorge, une brassière ou un maillot, la structure de support étant configurée pour porter ou recevoir lesdits dispositifs (1). Procédé d’émission d’ondes électromagnétiques à l’aide d’un dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.