INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La balise comporte 1 un premier détecteur 10 ou plusieurs premiers détecteurs 10. Chaque premier détecteur comporte un premier matériau de détection 11, de type scintillateur organique, et un premier circuit de détection 12. Le matériau de détection est destiné à interagir avec le rayonnement ionisant émis par la source. De façon connue dans le domaine des scintillateurs, chaque interaction génère une impulsion lumineuse, cette dernière étant convertie en impulsion électrique par un circuit de détection. Le circuit de détection 12 comporte un photodétecteur, relié au matériau de détection, et configuré pour émettre des impulsions électriques dont l’amplitude est corrélée avec la quantité d’énergie déposée par le rayonnement ionisant lors de l’interaction dans le matériau de détection. Ainsi, sous l’effet d’une interaction avec un rayonnement ionisant, en l’occurrence un neutron ou un photon gamma ou X, le premier matériau scintillateur 11 émet une impulsion lumineuse, dont l’intensité dépend d’une énergie déposée par le neutron ou le photon X ou gamma lors de l’interaction. Le premier circuit de détection 12 détecte l’impulsion lumineuse et génère une impulsion électrique dont l’amplitude dépend de l’intensité de l’impulsion lumineuse, cette dernière dépendant de l’énergie déposée par le neutron ou le photon X ou gamma lors de l’interaction.
Le premier détecteur 10 est destiné à la détection de photons X ou gamma et/ou à la détection de neutrons. Le volume du premier matériau de détection 11 doit être suffisant pour que la sensibilité de détection soit acceptable. Ainsi, l’épaisseur, ou, le diamètre, et de façon plus générale, la plus petite dimension du volume, est supérieure à 1 cm, et de préférence supérieure à 2 cm ou 5 cm. Un avantage des scintillateurs organiques est qu’il est possible d’obtenir des volumes de détection élevés, typiquement supérieurs à 1 dm 3 voire à 10 dm 3 ou plusieurs dizaines de dm 3 .
La balise comporte un deuxième détecteur 20, ou plusieurs deuxièmes détecteurs 20. Le ou chaque deuxième détecteur 20 comporte un deuxième matériau de détection 21, de type scintillateur inorganique, et un deuxième circuit de détection 22. Le deuxième circuit de détection 22 comporte un photodétecteur, comme décrit en lien avec le premier circuit de détection. Le matériau de détection 21 du ou de chaque deuxième détecteur 20 est constitué d’un matériau de type scintillateur inorganique, ayant préalablement subi une adjonction d’un isotope de capture, propice à une capture neutronique, entraînant une émission d’une particule chargée. La capture neutronique peut notamment être une capture de type (n,α). L’isotope de capture peut par exemple être 6 Li. De façon plus générale, l’isotope de capture ajouté permet une émission d’une particule chargée, dans le scintillateur inorganique, sous l’effet d’une capture d’un neutron. La fraction massique de l’isotope de capture est de préférence comprise entre 1 % et 20 %. Plus la fraction massique est élevée, plus le détecteur est sensible aux neutrons.
Le deuxième détecteur 20 est destiné à la détection de photons X ou gamma et/ou à la détection de neutrons. Le volume du deuxième matériau de détection 21 doit être suffisant pour que la sensibilité de détection soit acceptable. Ainsi, l’épaisseur, ou, le diamètre, et de façon plus générale, la plus petite dimension du volume du deuxième détecteur, est supérieure à 1 cm, et de préférence supérieure à 2 cm ou 5 cm. Par plus petite dimension, on entend la plus petite dimension parmi les trois dimensions du volume du deuxième matériau de détection 21.
Dans l’exemple décrit, le deuxième matériau de détection 21 est de l’iodure de sodium dopé au 6 Li, désigné par la suite NaIL. Le deuxième matériau de détection peut comporter un autre type de scintillateur, par exemple CLYC (Cs 2 LiYCl 6 :Ce) ou CLLB (Cs 2 LiLaBr 6 ).
L’adjonction de l’isotope de capture permet une détection des neutrons thermiques (énergie inférieure à 0,025 eV), épithermiques (énergie entre 0,5 et 50 keV) ainsi que des neutrons intermédiaires dont l’énergie est comprise entre 50 keV et quelques centaines de keV, jusqu’à environ 1 MeV. Les propriétés de détection des neutrons thermiques ou intermédiaires par le scintillateur inorganique sont décrites par la suite, en lien avec les figures 6A à 6E.
Un des intérêts de la balise est une proximité entre les matériaux de détection organiques et inorganiques. Ainsi, la distance entre un deuxième détecteur 20 et au moins un premier détecteur 10 est de préférence inférieure à 30 cm, et de préférence inférieure à 20 ou 15 cm. Comme décrit par la suite, la disposition d’un premier matériau de détection 11, organique, à proximité d’un deuxième matériau de détection 21, inorganique dopé au 6 Li ou 10 B, permet d’augmenter la sensibilité du deuxième détecteur 20 à l’égard de neutrons émis par une source présente dans le voisinage de la balise.
La représente une autre configuration, selon laquelle le deuxième détecteur 20 est entouré de quatre premiers détecteurs 10, chaque premier détecteur 10 étant situé à moins de 30 cm, ou moins de 20 cm ou 15 cm du deuxième détecteur 20.
Selon d’autres configurations, le recours à plusieurs deuxièmes détecteurs est possible.
Chaque circuit de détection 12, 22 est configuré pour former une impulsion électrique exploitable à partir d’impulsions lumineuses générées dans le matériau scintillateur auquel il est relié. Chaque circuit de détection peut comporter un préamplificateur, et éventuellement un amplificateur et un circuit de mise en forme d’impulsions.
La balise comporte une unité de traitement 30, destinée à traiter les signaux électriques résultant des différents circuits de détection. L’unité de traitement 30 peut comprendre des circuits électroniques analogiques ou des circuits électroniques numériques. Elle peut également comporter un microprocesseur ou un autre type de circuit, par exemple FPGA (Field Progammated Gate Array – Circuit intégré programmable) mettant en œuvre un programme permettant le traitement et/ou l’interprétation des mesures résultant de chaque détecteur.
Un avantage connu des scintillateurs inorganiques est la comptabilité avec des mesures spectrométriques, dans lesquelles le scintillateur inorganique est couplé à un circuit de mesure spectrométrique. Ainsi, de préférence, l’unité de traitement 30 comporte un analyseur multicanal 32, usuellement désigné par l’acronyme MCA (Multi-Channel Analyser) de façon à traiter les impulsions résultant d’un détecteur, en particulier d’un deuxième détecteur. De façon connue, le MCA permet d’établir un spectre d’amplitude des impulsions détectées au cours d’une période de mesure. Au cours de la période de mesure, le deuxième détecteur est exposé à des photons et/ou des neutrons. L’analyseur multicanal 32 forme le spectre d’amplitude des impulsions détectées par le détecteur. Le spectre d’amplitude est usuellement désigné spectre d’énergie Sp, l’amplitude de chaque impulsion étant corrélée avec l’énergie déposée, dans le matériau détecteur, par une interaction ayant générée ladite impulsion. Le spectre d’énergie Sp est usuellement représenté sous la forme d’un histogramme, représentant une quantité d’impulsions détectées pour chaque canal d’amplitude, chaque canal d’amplitude correspondant à une bande d’énergie.
Le MCA 32 peut être précédé d’un circuit 31 d’amplification et de mise en forme des impulsions.
L’unité de traitement 30 peut comporter différents MCA, chaque MCA étant connecté au circuit de détection 12, 22 d’un détecteur.
Les scintillateurs organiques sont connus pour être moins adaptés aux applications spectrométriques que les scintillateurs inorganiques. Cela est dû au fait qu’ils sont constitués d’éléments chimiques de faible numéro atomique, ce qui les rend peu propices à la formation d’une interaction photoélectrique. Dans ce type de matériau, l’interaction prédominante, lors de la détection de photons X ou gamma, est la diffusion Compton. Cependant, selon une possibilité, au moins un premier circuit de détection est connecté à un MCA, permettant d’effectuer un spectre d’amplitude des impulsions détectées. Une telle possibilité est plus largement évoquée en lien avec les figures 8A et 8B.
FIGURES La schématise un premier exemple de balise selon l’invention.
La schématise un deuxième exemple de balise selon l’invention.
La montre des composants pouvant être inclus dans une unité de traitement de la balise, de façon à effectuer un traitement de signaux résultant des détecteurs de la balise.
Les figures 3A, 3B et 3C schématisent respectivement une première configuration, une deuxième configuration et une troisième configuration d’essais.
La montre des spectres d’énergie résultant du deuxième détecteur, obtenus en mettant en œuvre chaque configuration d’essai, en utilisant différentes sources.
La schématise une forme d’une impulsion résultant d’une interaction d’un neutron ou d’un photon dans un détecteur scintillateur dopé avec un isotope de capture.
Les figures 6A, 6B et 6C sont des diagrammes montrant le paramètre de forme en fonction de l’énergie d’impulsions détectées, par le deuxième détecteur, en mettant en œuvre la première configuration, respectivement avec des sources de 137 Cs, 60 Co et 252 Cf.
Les et 6E sont des diagrammes montrant le paramètre de forme en fonction de l’énergie d’impulsions détectées, par le deuxième détecteur, en mettant en œuvre la deuxième configuration et la troisième configuration en utilisant une source de 252 Cf.
La est un diagramme paramètre de forme/énergie d’impulsions détectées par le deuxième détecteur, obtenu selon la première configuration, sans source irradiante.
La est un spectre d’énergie résultant du deuxième détecteur, obtenu dans la première configuration, sans source irradiante.
La et la sont des spectres d’énergie formés à partir de signaux de détection issus de deux détecteurs scintillateurs organiques différents, les scintillateurs étant exposés à une source de 137 Cs, ou de 60 Co ou de 252 Cf.
La est un histogramme de Rossi-alpha, correspondant à un histogramme de décalages temporels d’impulsions résultant de rayons émis en coïncidence temporelle.
La schématise un déplacement d’une source le long de différents détecteurs formant une balise.
La montre une évolution du taux de comptage de détecteurs constituant la balise en fonction de la position de la source.
La schématise des étapes de traitement pouvant être effectués par la balise.
Il convient de mentionner que les fonctions, actions et/ou opérations spécifiées dans les organigrammes, les diagrammes de séquence et/ou les schémas fonctionnels peuvent être réalisées dans un ordre différent, exécutées de manière successive et/ou exécutées de manière simultanée suivant les modes de réalisation de l’invention. En outre, les organigrammes, diagrammes de séquence et/ou schémas fonctionnels peuvent comprendre plus ou moins de blocs que ce qui est illustré suivant les modes de réalisation de l’invention.
Bien que des modes de réalisation de l’invention aient été illustrés à travers une description de divers exemples, et bien que ces modes de réalisation aient été décrits de façon amplement détaillée, l’intention du demandeur n’est pas de restreindre ou limiter d’une quelconque manière la portée des revendications jointes à de tels détails. Des avantages et modifications supplémentaires apparaîtront immédiatement à l’homme du métier. L’invention dans ses aspects plus généraux n'est, par conséquent, pas limitée aux détails spécifiques, aux procédés représentatifs et aux exemples illustratifs présentés et décrits.
Solution d’optimisation d’un couple antenne/réseau 3D conforme à une surface L’invention se situe dans le domaine technique des radiocommunications, et plus particulièrement dans celui des antennes, réseaux d’antennes, et traitements d’antennes avec des techniques de traitement du signal exploitant les signaux de plusieurs voies de réception et/ou d’émission, comme les traitements de radiogoniométrie dont l’objectif est d’estimer la direction d’arrivée (θ m ) d’ondes électromagnétiques provenant de plusieurs émetteurs en champs lointains (front d’onde plan) à partir d’un réseau de capteurs pouvant être disposé sur un support fixe ou sur un porteur, comme par exemple un véhicule, un bateau, un avion ou un drone.
L’invention porte sur procédé de conception d’un réseau d’antennes, dont les caractéristiques conditionnent entièrement les performances de la goniométrie. Les propriétés des réseaux d’antennes dépendent principalement : des caractéristiques de l’élément rayonnant (antenne) qui compose le réseau, principalement caractérisé par son diagramme de rayonnement en amplitude, phase et polarisation, et sa variation en fonction de la fréquence, de la géométrie du réseau, c’est à dire la position et l’orientation des éléments rayonnants, de la structure porteuse du réseau d’éléments rayonnants, qui a une influence sur son comportement et contraint son encombrement maximal.
Les performances de goniométrie se définissent par : la robustesse aux ambiguïtés, qui correspond à la capacité du réseau à ne pas confondre les directions des sources avec d’autres directions. D’un point de vue général, cette capacité s’améliore avec le nombre d’antennes du réseau et se dégrade lorsque l’encombrement du réseau augmente pour un nombre fixé d’antennes, la précision d’estimation de la direction d’une ou plusieurs sources, qui s’améliore lorsque les dimensions du réseau ainsi que le nombre d’éléments augmentent, la résolution entre les directions de deux sources, qui s’améliore lorsque les dimensions du réseau augmentent.
Plus particulièrement, l’objectif est de concevoir un système de goniométrie permettant : de traiter un environnement dense en émetteurs : cela nécessite des réseaux ayant de bonnes caractéristiques de robustesse aux ambiguïtés en contexte multi-sources, de s’affranchir de la polarisation des antennes des émetteurs ciblés. En effet, il est de plus en plus difficile de maîtriser la polarisation à l’émission avec des émetteurs de plus en plus mobiles en position et orientation, des antennes de moins en moins pures en polarisation à cause des contraintes d’intégration (téléphonie mobile, drones, ...) ou encore des systèmes de transmission MIMO (acronyme anglais pour Multiple Input Multiple Output , ou entrées multiples/sorties multiples) exploitant la diversité de polarisation pour augmenter le débit des transmissions. Cela nécessite la conception de réseaux hétérogènes composés d’antennes identiques ayant des orientations et positions différentes. A noter qu’un réseau hétérogène est moins robuste aux ambiguïtés qu’un réseau homogène composé d’antennes identiques ayant la même orientation, d’effectuer une goniométrie 2D en gisement et élévation (θ, Δ), de manière à éviter d’effectuer une goniométrie 1D en gisement devant faire une hypothèse sur l’angle d’élévation des sources. Dans beaucoup de solutions, on suppose que le système de goniométrie et les émetteurs se situent dans le même plan en supposant que l’angle d’élévation Δ est nul. La nécessité d’une goniométrie 2D en (θ, Δ) au lieu d’une goniométrie 1D en gisement a pour effet de diminuer la robustesse aux ambiguïtés : cela implique de dimensionner des éléments rayonnants dont le diagramme en site est reproductible et mesurable, d’utiliser un même réseau dans un domaine fréquentiel le plus étendu possible, ce qui implique de faire appel à des éléments rayonnants compatibles de ce domaine et intégrables au sein d’une structure compacte, de pouvoir s’intégrer sur une plateforme dans les domaines terrestres (véhicule), naval (bateau), aéroporté (drone, ballon, avion, …) en limitant : le couplage des antennes avec la plateforme. Contrairement au couplage mutuel entre antennes du réseau, le couplage avec une plateforme a pour effet de fortement atténuer le gain de toutes les antennes du réseau dans certaines directions et de manière périodique dans l’espace des directions d’arrivées. Ce couplage entre la plateforme et le réseau d’antennes est minimisé en disposant une surface métallique ou un plan de masse entre les antennes et la plateforme, l’encombrement et le poids du réseau. Cela signifie qu’un compromis doit être déterminé entre les performances, la taille et le nombre d’éléments rayonnants du réseau compte tenu de la surface disponible pour l’installer.
L’homme du métier sait concevoir des antennes dont les caractéristiques en termes de gain, polarisation et bande de fréquences dépendent d’un certain nombre de paramètres géométriques sur l’antenne. C’est le cas par exemple de l’antenne « Pétales » décrite dans le brevet Européen EP 3.335.277 B1, utilisée dans la suite de la description pour son haut degré de possibilités d’optimisations, ses performances particulièrement adaptées à la conception d’un réseau d’antennes performant et son encombrement limité par rapport à une performance radioélectrique visée. L’invention peut également s’appliquer de manière identique pour toute famille d’antennes dont les caractéristiques radioélectriques et dimensionnelles sont modifiables en ajustant ses propriétés géométriques, ce qui en pratique est le cas de toutes les antennes. Cependant, la performance du réseau d’antenne mis au point dépend de la capacité des antennes à atteindre un compromis avantageux entre encombrement, faible épaisseur en présence d’une structure métallique et performances radioélectriques sur une large bande de fréquence.
La schématise une vue en trois dimensions d’une antenne pétale, utilisée pour illustrer la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Elle comprend un premier brin 101 et un deuxième brin 102, repliés vers un plan de masse 103 au centre O de l’antenne et en opposition de phase. Les deux brins 101, 102 ont dans cet exemple une forme elliptique et sont disposés de manière symétrique par rapport au centre de l’antenne. Cependant, d’autres formes de brins sont possibles. Des repliements 104 et 105 situés aux extrémités du plan de masse 103, plus connus sous l’expression de « toits capacitifs », permettent avantageusement d’améliorer les performances radioélectriques de l’antenne en bas de bande. L’antenne a une hauteur H, une largeur W et une profondeur D. La représente un des pétales de l’antenne en vue de face. Il est défini par l’intersection de deux ellipses partageant le même rayon transversal R 2 , ce dernier fixant la largeur totale de l’antenne. Ensuite, le ratio R 1 /R 3 permet d’optimiser les transitions au niveau de l’alimentation et du repliement terminal du brin.
La représente une vue de profil de l’antenne pétale. La courbure du brin vers le plan de masse est définie par les points A, B, C et par les équations des courbes F 1 et F 2 . La partie inférieure de l’intersection des deux ellipses est ensuite fixée en A (point d’alimentation 106 du brin) puis passe par B et C.
Soit les coordonnées cartésiennes des points A, B et C, telles que : , et .
Les équations des courbes sont données par deux paramètres de courbure supplémentaires : c 1 et c 2 . L’équation de F 1 est telle que : De même, l’équation de F 2 est telle que : Le deuxième brin de l’élément rayonnant est ensuite généré par symétrie d’axe x.
Les caractéristiques de l’antenne peuvent être modifiées en ajustant les paramètres physiques de l’élément rayonnant : la largeur de l’antenne (W), la hauteur de l’antenne (H), la profondeur de l’antenne (D), le grand rayon de la grande ellipse (R 1 ), le petit rayon de la grande ellipse / grand rayon de la petite ellipse (R 2 ), le petit rayon de la petite ellipse (R 3 ), la position de la jonction du brin avec l’alimentation (A), la position de la jonction entre les courbes (B), la position de l’extrémité du brin (C), le paramètre de courbure de la première courbe (c 1 ), le paramètre de courbure de la deuxième courbe (c 2 ).
L’optimisation de l’antenne consiste tout d’abord à obtenir un élément rayonnant dont les caractéristiques radioélectriques telles que le rayonnement ou l’adaptation d’impédance sont stables et varient de manière monotone avec la fréquence, dans un encombrement défini par rapport au type de géométrie de réseau envisagée, tout en tenant compte de la structure porteuse. Cela peut se faire par exemple en fixant la largeur et la hauteur de l’antenne, puis en affinant les autres paramètres en fonction de leur impact sur le diagramme de rayonnement ou l’adaptation d’impédance sur toute la bande de fréquence cible, par exemple à partir de simulations. Durant l’optimisation du réseau d’antennes, une homothétie sur l’ensemble des paramètres peut être réalisée sur l’élément rayonnant obtenu afin d’adapter ses dimensions à la géométrie de réseau souhaitée sans revenir sur cette étape initiale.
Il est ainsi possible de concevoir une antenne adressant n’importe quelle gamme de fréquences, dont la largeur de bande utile et les données de rayonnement sont ajustables. Cette technologie d’élément rayonnant permet d’aboutir à une antenne élémentaire à la fois : ultra large bande : son adaptation d’impédance et son gain permettent de couvrir un domaine fréquentiel supérieur à une décade en apportant les performances radioélectriques requises à ce type de système ; compacte : la forme repliée permet d’exploiter au maximum le volume occupé par rapport à des solutions planaires ou imprimées sur des substrats tout en arborant un faible profil (de l’ordre de la fraction d’une longueur d’onde). Cela garantit un meilleur compromis entre la compacité du réseau et la sensibilité du capteur. Cela permet également d’avoir des géométries de réseaux avec des éléments rayonnants plus proches des autres pour améliorer la protection aux ambiguïtés sans dégrader la portée d’interception des émetteurs ciblés ; sectorielle : la forme de l’antenne, rappelant celle d’une antenne « Vivaldi » (en anglais Tapered Slot Antenna ) s’appuyant sur un plan de masse, permet d’obtenir un rayonnement sectoriel avec une ouverture du lobe de rayonnement à mi-puissance supérieure à 90° dans les deux plans. Cela permet en outre d’appuyer l’élément rayonnant directement sur le plan de masse sans dégrader la réponse du réseau.
Sont également connus de l’homme du métier des processus d’optimisation de la position des antennes dans un réseau d’antennes. Le brevet EP 2.462.459 B1 décrit un processus d’optimisation dans le cas d’un réseau constitué d’antennes identiques ayant toutes la même orientation. L’optimisation consiste alors à determiner la position des antennes permettant de respecter un cahier des charges en terme de précision mono-source, directivité et/ou résolution bi-sources. On cherche alors dans une famille de réseaux ayant les mêmes performances, ceux ayant la meilleure robustesse aux ambiguïtés. Ce procédé d’optimisation de réseau homogène s’appuie sur les outils de performances théoriques décrits dans l’article de Anne Ferreol et Pascal Chevalier : « High Resolution Direction Finding : From Performance to Antenna Array Optimization – The mono-source case », EUSIPCO , Aug 2009, Glasgow, United Kingdom, permettant de relier les positions des antennes d’un réseau à une performance provenant d’un cahier des charges.
La demande de brevet EP 2.458.398 A2 est une généralisation de l’optimisation d’un réseau homogène en monopolarisation au cas des réseaux à diversité de polarisation composés d’un ensemble d’antennes identiques ayant des orientations différentes. Le lien analytique entre les performances et les couples (position, orientation) des antennes a été établi grâce à la modélisation de la en composante électrique E = (E x , E y , E z ) et magnétique H = (M x , M y , M z ) de l’antenne élémentaire. Il est ainsi possible, sous une contrainte d’omnidirectionnalité en direction d’arrivée et en polarisation, de trouver les réseaux les plus robustes aux ambiguïtés. Le procédé a été développé plus particulièrement dans le cas d’une structure porteuse de type cylindrique. Ces réseaux hétérogènes en orientation ont l’avantage de s’affranchir de la polarisation des émetteurs, sachant que dans le réseau il y aura toujours des antennes suffisamment adaptées à la polarisation des ondes électromagnétiques incidentes. Cela permet d’obtenir un gain réseau suffisant quelle que soit la polarisation.