CA2643992C - Substrat muni d'un element electroconducteur a fonction d'antenne - Google Patents
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Abstract
Substrat (10) rigide comportant au moins un élément électroconducteur (20) qui assure une fonction d'antenne pour émettre et/ ou recevoir des signaux électromagnétiques, l'élément électroconducteur présentant un motif à géométrie fractale, caractérisé en ce que l'élément électroconducteur (20) est constitué d'une encre ou d'un émail conducteur de l'électricité qui est directement imprimé sur le substrat.
Description
SUBSTRAT MUNI D'UN ELEMENT ELECTROCONDUCTEUR A FONCTION
D'ANTENNE
L'invention se rapporte à un substrat comportant au moins un élément électroconducteur qui assure une fonction d'antenne pour émettre et/ ou recevoir des signaux électromagnétiques.
On connaît comme substrats comportant des éléments électroconducteurs, les vitrages, qui sont largement répandus dans le domaine de l'automobile. Les éléments électroconducteurs sont le plus souvent employés comme pistes chauffantes, notamment sur des lunettes arrières, mais elles peuvent aussi être placées sur le vitrage pour y assurer une fonction d'alarme et/ou d'antenne.
En pratique, les éléments électroconducteurs sont constitués de fils métalliques qui sont formés industriellement par sérigraphie classique d'une pâte électroconductrice formant un motif prédéterminé, et par cuisson de cette pâte.
Le motif établit une largeur et une épaisseur précises des éléments selon la fonction finale desdits éléments, par exemple, en rapport avec l'impédance voulue pour une antenne.
Du fait des fonctions intéressantes apportées par ces éléments conducteurs (chauffage, antenne, alarme), leur nombre sur un même vitrage à tendance à
s'accroître au cours des années ce qui peut poser des problèmes d'encombrement et de visibilité. Ainsi, lorsque les pistes sont situées dans le champ de vision du vitrage, elles sont nettement visibles de l'intérieur, ce qui peut gêner le conducteur, et éventuellement de l'extérieur, ce qui nuit à
l'esthétique du véhicule.
Aussi, depuis quelques années, on réalise plutôt des éléments conducteurs sous forme de couche transparentes métalliques qui sont gravées ou découpées selon le motif souhaité.
Par ailleurs, s'il y a plusieurs années, une antenne était seulement dédiée à
la réception d'ondes radio, la technologie croissante dans le domaine des télécommunications impose de plus en plus de fournir des antennes vouées à
différents types d'émission et/ou réception, tels que le GPS, la téléphonie mobile...
D'ANTENNE
L'invention se rapporte à un substrat comportant au moins un élément électroconducteur qui assure une fonction d'antenne pour émettre et/ ou recevoir des signaux électromagnétiques.
On connaît comme substrats comportant des éléments électroconducteurs, les vitrages, qui sont largement répandus dans le domaine de l'automobile. Les éléments électroconducteurs sont le plus souvent employés comme pistes chauffantes, notamment sur des lunettes arrières, mais elles peuvent aussi être placées sur le vitrage pour y assurer une fonction d'alarme et/ou d'antenne.
En pratique, les éléments électroconducteurs sont constitués de fils métalliques qui sont formés industriellement par sérigraphie classique d'une pâte électroconductrice formant un motif prédéterminé, et par cuisson de cette pâte.
Le motif établit une largeur et une épaisseur précises des éléments selon la fonction finale desdits éléments, par exemple, en rapport avec l'impédance voulue pour une antenne.
Du fait des fonctions intéressantes apportées par ces éléments conducteurs (chauffage, antenne, alarme), leur nombre sur un même vitrage à tendance à
s'accroître au cours des années ce qui peut poser des problèmes d'encombrement et de visibilité. Ainsi, lorsque les pistes sont situées dans le champ de vision du vitrage, elles sont nettement visibles de l'intérieur, ce qui peut gêner le conducteur, et éventuellement de l'extérieur, ce qui nuit à
l'esthétique du véhicule.
Aussi, depuis quelques années, on réalise plutôt des éléments conducteurs sous forme de couche transparentes métalliques qui sont gravées ou découpées selon le motif souhaité.
Par ailleurs, s'il y a plusieurs années, une antenne était seulement dédiée à
la réception d'ondes radio, la technologie croissante dans le domaine des télécommunications impose de plus en plus de fournir des antennes vouées à
différents types d'émission et/ou réception, tels que le GPS, la téléphonie mobile...
2 Aussi, un véhicule est à présent doté d'antennes classiques de réception, tels que des fils conducteurs agencés sur les lunettes arrières, et d'antennes plus spécifiques telles que pour des systèmes du type GPS, téléphonie mobile, télépéages, etc...qui sont constitués par des antennes à fils ou configurées sous forme de patchs et agencées par exemple sur le toit du véhicule, ou qui sont constitués par des couches conductrices transparentes déposées sur les vitrages.
Toutes ces applications ne fonctionnant pas sur les mêmes fréquences, il est nécessaire de configurer une antenne spécifique pour chaque application, ce qui ne simplifie pas la fabrication d'un véhicule et représente des coûts supplémentaires de réalisation et d'intégration au véhicule.
Récemment, est apparu sur le marché un nouveau type d'antenne, dénommé antenne fractale, qui permet avec un unique dispositif de fonctionner sur une ou plusieurs bandes de fréquences et qui présente en outre une taille miniaturisée.
Une antenne fractale présente un motif à géométrie fractale, c'est-à-dire un motif de base qui est répété plusieurs fois, éventuellement à une échelle de taille différente et homothétique, de manière à couvrir une ou plusieurs bandes de fréquences.
Le brevet US 6 300 914 décrit par exemple une antenne fractale en forme de boucle qui est 5 à 10 fois plus petite qu'une antenne équivalente conventionnelle en basse fréquence. Cette antenne est par exemple formée par une couche conductrice déposée sur un substrat et découpée à la forme souhaitée.
Diverses formes d'antennes à géométrie fractale peuvent être envisagées.
La demande de brevet WO 02/01668 montre ainsi différents motifs tels que triangulaires, du type motif de Hilbert, flocon de Von Koch, tapis de Sierpinski ou une combinaison de ces motifs, les antennes étant obtenues à partir de couches conductrices formées sur des substrats.
Ces antennes fractales formées par des couches transparentes peuvent également être intégrées dans des vitrages en étant déposées sur des supports, par exemple des films plastiques souples, qui sont feuilletés ensuite entre deux substrats pour constituer le vitrage. Le document US6552690 montre ce type de vitrage. Ce procédé de fabrication reste toutefois compliqué de mise en ceuvre.
Toutes ces applications ne fonctionnant pas sur les mêmes fréquences, il est nécessaire de configurer une antenne spécifique pour chaque application, ce qui ne simplifie pas la fabrication d'un véhicule et représente des coûts supplémentaires de réalisation et d'intégration au véhicule.
Récemment, est apparu sur le marché un nouveau type d'antenne, dénommé antenne fractale, qui permet avec un unique dispositif de fonctionner sur une ou plusieurs bandes de fréquences et qui présente en outre une taille miniaturisée.
Une antenne fractale présente un motif à géométrie fractale, c'est-à-dire un motif de base qui est répété plusieurs fois, éventuellement à une échelle de taille différente et homothétique, de manière à couvrir une ou plusieurs bandes de fréquences.
Le brevet US 6 300 914 décrit par exemple une antenne fractale en forme de boucle qui est 5 à 10 fois plus petite qu'une antenne équivalente conventionnelle en basse fréquence. Cette antenne est par exemple formée par une couche conductrice déposée sur un substrat et découpée à la forme souhaitée.
Diverses formes d'antennes à géométrie fractale peuvent être envisagées.
La demande de brevet WO 02/01668 montre ainsi différents motifs tels que triangulaires, du type motif de Hilbert, flocon de Von Koch, tapis de Sierpinski ou une combinaison de ces motifs, les antennes étant obtenues à partir de couches conductrices formées sur des substrats.
Ces antennes fractales formées par des couches transparentes peuvent également être intégrées dans des vitrages en étant déposées sur des supports, par exemple des films plastiques souples, qui sont feuilletés ensuite entre deux substrats pour constituer le vitrage. Le document US6552690 montre ce type de vitrage. Ce procédé de fabrication reste toutefois compliqué de mise en ceuvre.
3 On connaît aussi de telles antennes qui sont formées sur des supports rigides telles que des matières plastiques mais sont intégrées à l'intérieur des boîtiers de rétroviseur, éliminant ainsi à la vue les antennes classiques disposées sur le toit.
L'invention a pour but d'utiliser cette nouvelle technologie d'antennes fractales afin d'assurer un fonctionnement sur une plus large gamme de fréquences en bénéficiant d'une taille miniaturisée, la réalisation de ces antennes devant être simple de mise en ceuvre, et permettre leur intégration dans le dispositif final d'utilisation de façon aisée et rapide.
Selon l'invention, le substrat est rigide et comporte au moins un élément électroconducteur qui assure une fonction d'antenne pour émettre et/ ou recevoir des signaux électromagnétiques, l'élément électroconducteur étant constitué
d'un matériau conducteur de l'électricité et présentant un motif à géométrie fractale, le substrat étant caractérisé en ce que l'élément électroconducteur est formé par une encre conductrice de l'électricité ou un émail conducteur de l'électricité, et est directement imprimé sur le substrat.
On entend par substrat rigide, un substrat qui présente de manière inhérente une tenue mécanique de sorte qu'il ne s'affaisse pas lorsqu'il est disposé verticalement sur sa tranche.
Associer à un substrat rigide, tel qu'un vitrage, une antenne à géométrie fractale présente de nombreux avantages qui sont liés à la taille réduite de l'antenne, au type de substrat utilisé supportant l'antenne et ici constitué
par ledit substrat rigide, et à la manière dont est associée cette antenne, à savoir par impression sur le substrat et au type de matériau conducteur (encre ou émail).
Si le matériau conducteur utilisé est bien connu pour des antennes usuelles de dimensions assez conséquentes par rapport au vitrage l'incorporant, ce qui présente les inconvénients de visibilité et de limitation en plage de fréquences, il n'était pas évident que ce matériau puisse être également utilisé pour des antennes de taille beaucoup plus réduite et présentant des géométries fractales.
Quant à la miniaturisation de l'antenne, on peut notamment citer les avantages suivants :
- une importante flexibilité dans les motifs de l'antenne, ses dimensions et sa forme tout en autorisant un fonctionnement sur une bande ou une pluralité de bandes de fréquences ;
L'invention a pour but d'utiliser cette nouvelle technologie d'antennes fractales afin d'assurer un fonctionnement sur une plus large gamme de fréquences en bénéficiant d'une taille miniaturisée, la réalisation de ces antennes devant être simple de mise en ceuvre, et permettre leur intégration dans le dispositif final d'utilisation de façon aisée et rapide.
Selon l'invention, le substrat est rigide et comporte au moins un élément électroconducteur qui assure une fonction d'antenne pour émettre et/ ou recevoir des signaux électromagnétiques, l'élément électroconducteur étant constitué
d'un matériau conducteur de l'électricité et présentant un motif à géométrie fractale, le substrat étant caractérisé en ce que l'élément électroconducteur est formé par une encre conductrice de l'électricité ou un émail conducteur de l'électricité, et est directement imprimé sur le substrat.
On entend par substrat rigide, un substrat qui présente de manière inhérente une tenue mécanique de sorte qu'il ne s'affaisse pas lorsqu'il est disposé verticalement sur sa tranche.
Associer à un substrat rigide, tel qu'un vitrage, une antenne à géométrie fractale présente de nombreux avantages qui sont liés à la taille réduite de l'antenne, au type de substrat utilisé supportant l'antenne et ici constitué
par ledit substrat rigide, et à la manière dont est associée cette antenne, à savoir par impression sur le substrat et au type de matériau conducteur (encre ou émail).
Si le matériau conducteur utilisé est bien connu pour des antennes usuelles de dimensions assez conséquentes par rapport au vitrage l'incorporant, ce qui présente les inconvénients de visibilité et de limitation en plage de fréquences, il n'était pas évident que ce matériau puisse être également utilisé pour des antennes de taille beaucoup plus réduite et présentant des géométries fractales.
Quant à la miniaturisation de l'antenne, on peut notamment citer les avantages suivants :
- une importante flexibilité dans les motifs de l'antenne, ses dimensions et sa forme tout en autorisant un fonctionnement sur une bande ou une pluralité de bandes de fréquences ;
4 PCT/FR2007/051015 - une réduction de la zone occupée par rapport aux antennes classiques de l'art antérieur, notamment une longueur divisée au moins par 2;
- la possibilité d'imprimer une pluralité d'antennes fractales sur le même substrat sans pour autant couvrir une large étendue du substrat ;
- la possibilité de positionner l'antenne à différents endroits du substrat de manière sensiblement cachée, par exemple à proximité d'un élément de marquage, ou cachée derrière l'applique du rétroviseur intérieur ou du capteur de pluie pour un vitrage de véhicule;
- la possibilité de choisir l'emplacement le plus approprié sur le vitrage en fonction de la forme, la taille, la courbure du vitrage ;
L'impression de l'antenne directement sur le substrat rigide qui est en particulier destiné à être utilisé en tant que substrat visible pour fournir par exemple un vitrage transparent procure notamment les avantages suivants :
- une plus grande efficacité que sur des substrats en matière plastiques qui sont ensuite intégrés de manière cachée dans les accessoires du véhicule, l'antenne agencée sur un substrat visible tel qu'un vitrage étant plus proche de l'environnement extérieur ;
- la suppression des antennes extérieurement visibles et positionnées par exemple sur le toit du véhicule ;
- la possibilité d'utiliser l'antenne imprimée comme un élément esthétique du vitrage courant autour de l'élément de marquage ;
- la possibilité d'adapter le modèle d'antenne, une partie pouvant constituer une antenne à géométrie fractale, l'autre partie pouvant être une antenne usuelle ;
- une réduction du poids de l'antenne et une réduction des coûts de fabrication et d'intégration au véhicule, puisqu'il n'est pas nécessaire d'avoir des supports intermédiaires pour l'antenne comme dans l'art antérieur;
- le substrat rigide, qui constitue déjà un dispositif d'intégration de diverses fonctionnalités, fournit ainsi une fonctionnalité supplémentaire avec facilité et sans gêne quelconque. Ce type d'antenne participe à la plus-value d'un vitrage.
- Pour un vitrage de véhicule, l'assurance d'un protection efficace contre le vandalisme car intégrée au vitrage et donc au véhicule, et non pas comme dans l'art antérieur rapportée dans un accessoire facilement accessible pour sa violation ;
- amélioration de sa durabilité, car pour une application à un vitrage de véhicule, l'antenne est agencée à l'intérieur du véhicule et n'est donc pas exposée aux sollicitations environnementales extérieures.
Quant au dépôt de l'antenne par impression, cela permet d'utiliser n'importe quel type de substrat rigide, quels que soient sa couleur, son épaisseur, et d'adapter facilement la couleur du matériau conducteur à déposer de manière à
harmoniser avec la couleur du vitrage et/ou du véhicule.
De plus, les coûts de fabrication de l'antenne et de son intégration dans sa destination finale ne sont pas particulièrement augmentés puisque l'impression sur le substrat rigide est directement intégrée à la fabrication du produit final tel qu'un vitrage destiné à être monté dans un véhicule. L'impression avec un émail ou une encre permet de doser aisément la densité nécessaire du matériau (épaisseur, largeur) pour fournir le motif adapté d'antenne.
Selon un mode de réalisation d'impression, le matériau conducteur de l'électricité est sérigraphié.
Selon un autre mode de réalisation, l'impression du matériau conducteur de l'électricité est obtenue par jet d'encre ou d'émail, sans utilisation de masque mais à l'aide d'outils adaptés à assurer l'exactitude et la précision du motif.
Selon encore un autre mode de réalisation, l'impression du matériau conducteur de l'électricité est obtenue par son application au travers d'un masque, l'application étant réalisée par pulvérisation, ou à l'aide d'un rouleau ou selon un rideau continu de jet d'encre ou d'émail.
Selon encore une autre variante, le matériau conducteur de l'électricité est imprimé par électro-photographie.
Par ailleurs, le substrat ne présente aucun revêtement de protection pour l'antenne. On entend par revêtement, toute couche ou tout film qui serait associé
au substrat en revêtant directement l'antenne. En effet, l'encre ou l'émail associé
au substrat rigide présente l'avantage de ne nécessiter aucun revêtement de protection.
Le substrat rigide correspond à tout matériau adapté pour l'impression d'émail ou d'encre, par exemple du verre, que ce soit du verre minéral, ou du verre organique tel que du polycarbonate ou du polyméthylméthacrylate.
Avantageusement, l'encre ou l'émail est d'autant plus résistant lorsqu'il est cuit durant un traitement thermique sur le substrat qui est alors en verre, par exemple lorsque le substrat en verre doit subir une trempe et/ou un bombage.
Selon une caractéristique, le matériau comporte des éléments conducteurs de l'électricité à teneur en poids entre 60% et 80%. Il s'agit par exemple d'une pâte à base d'argent pour l'émail conducteur.
Le substrat peut présenter sur au moins une partie de sa surface, par exemple sur toute ou partie de sa périphérie et en bordure, un émail noir sur lequel est imprimé l'élément électroconducteur d'antenne. Ainsi, l'antenne peut être cachée à la vue lorsque l'on regarde au travers du substrat depuis la face opposée à celle portant l'émail noir.
Avantageusement, le substrat peut être un moyen transparent de vision.
Le substrat est destiné en particulier à constituer au moins une feuille de verre minéral ou organique d'un vitrage, notamment un vitrage ayant subi un traitement thermique si celui-ci est en verre minéral, en vue d'une utilisation dans un engin de locomotion ou dans le bâtiment.
Sans être limitatif, on pense en tant qu'engins de locomotion, aux véhicules automobile, avions, trains...
L'utilisation d'antennes dans le bâtiment trouve de plus en plus sa place dans la technologie actuelle des télécommunications, le vitrage constituant en extérieur comme en intérieur du bâtiment une utilisation fonctionnelle autre que celle primaire d'un moyen transparent de vision.
L'antenne étant directement appliquée sur le substrat, tel qu'une feuille de verre, ce dernier peut ensuite être utilisé de la manière voulue pour sa destination finale, aussi bien pour former un vitrage monolithique que pour fabriquer un vitrage feuilleté ou un vitrage isolant (que l'antenne soit tournée vers la lame de gaz ou à l'opposé).
L'invention propose également une nouvelle utilisation d'encre conductrice de l'électricité ou d'un émail conducteur de l'électricité pour former au moins une antenne sur un substrat rigide, caractérisée en ce que l'antenne présente une géométrie fractale.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont à présent être décrits en regard des figures sur lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique d'un substrat selon l'invention - la figure 2 est une vue détaillée de l'antenne du substrat selon un exemple de configuration ;
- les figures 3 et 4 sont des vues schématiques d'autres exemples de réalisation d'un substrat selon l'invention.
La figure 1 illustre un vitrage 1 comportant un substrat verrier 10 qui a subi un traitement thermique et qui comporte une structure d'antenne 2 selon l'invention.
Le substrat pourrait tout aussi bien être en polycarbonate ou en polyméthylméthacrylate qui sont des matières plastiques rigides et adaptées à
recevoir en particulier de l'encre ou de la pâte conductrice par sérigraphie notamment.
Le vitrage est destiné à être utilisé par exemple dans un véhicule automobile, en tant que pare-brise, lunette arrière, vitre latérale, toit, vitre de rétroviseur. La forme illustrée ici est schématique ; toute forme de vitrage ou de paroi vitrée qui s'adapte au dispositif auquel le vitrage ou la paroi est destiné est envisageable.
La structure d'antenne 2 est une antenne à géométrie fractale (figure 2).
Cette antenne comprend un élément 20 électriquement conducteur qui se présente sous forme de segments disposés en série et en parallèle tels qu'ils forment un motif se répétant plusieurs fois, éventuellement à des échelles de tailles différentes et homothétiques.
Le motif représenté sur la figure 2 est un exemple. D'autres motifs peuvent être envisagés, adaptés au positionnement de l'antenne sur le vitrage ou à
l'application qui est faite de l'antenne.
La particularité de cette antenne est de pouvoir fonctionner sur une pluralité
de bandes de fréquences tout en étant de petite dimension. Ainsi, utilisant par exemple une surface d'environ 10 à 50 cm2, elle peut n'occuper qu'une partie restreinte du vitrage contrairement aux antennes usuelles.
Dans le cas de l'exemple de réalisation représenté, l'antenne est installée en bord du vitrage, mais peut manifestement être installée en n'importe quel autre endroit du vitrage, et de préférence où son fonctionnement sera le plus opérationnel.
Une fois en place dans le dispositif d'accueil, le vitrage présente l'antenne sur sa face intérieure, celle exposée à l'intérieur du dispositif, par exemple à
l'intérieur du véhicule.
De manière usuelle pour un vitrage de véhicule, le vitrage est pourvu d'un émail noir 11 agencé en bordure du vitrage et sur toute sa périphérie. Le matériau conducteur de l'antenne 2 est par exemple fait d'un émail de couleur différente et peut être déposé sur l'émail noir ou sur la surface transparente du vitrage.
Le vitrage peut comporter plusieurs antennes fractales. Ces antennes peuvent être disposées à plusieurs endroits du vitrage.
Il est également possible de réaliser une forme géométrique constituée d'une pluralité d'éléments conducteurs 20, qui aboutés fournissent une ou plusieurs antennes dont la longueur de conducteur électrique peut être adaptée à
la plage ou les plages de fréquences ciblées pour l'utilisation de telles antennes.
On peut ainsi envisager qu'une antenne chemine sur une partie, voire même l'ensemble, de la périphérie du vitrage, tout en étant de faible largeur, n'excédant par exemple pas 7 cm, car pouvant être en particulier cachée par l'émail noir de bordure du vitrage. La figure 3 qui reste schématique quant à la forme de l'antenne en est ainsi un exemple.
Un même vitrage peut comporter tel que visible sur la figure 4 au moins une antenne fractale 2 et une antenne usuelle 3.
L'élément conducteur 20 est fait d'une encre ou d'une pâte à cuire conductrice de l'électricité, telle qu'un matériau à base d'argent, à teneur en poids entre 60% et 80%.
De préférence, le matériau présente une résistance inférieure à 10 Ohm/m.
La résistivité du matériau est de préférence d'environ 5 pS2.cm de manière à
permettre après cuisson un meilleur brasage pour la connexion de l'antenne à
un conducteur d'amenée de courant (ici non illustré).
Le matériau est appliqué de préférence par sérigraphie sur la surface du verre et est cuit dans la surface du verre au cours du processus thermique de formage.
Dans d'autres variantes d'impression du matériau, on procède à
l'application d'encre ou d'émail conducteur à travers un masque de motif approprié, par diverses méthodes telles que par pulvérisation, par l'utilisation d'un rouleau, ou par l'envoi d'un rideau continu de jet d'encre.
On peut également procéder par jet d'encre ou d'émail sans nécessité de masque, les outils employés étant adaptés pour assurer l'exactitude et la précision du motif voulu.
Enfin, un autre procédé consiste en l'électro-photographie.
Dans le cadre de la réalisation d'impression par sérigraphie, le tamis employé peut être obtenu par la technique photographique, connue en soi, qui consiste à recouvrir la surface du tamis d'une couche ou d'un film de résine photoréticulable et à opérer par projection d'une diapositive afin de reproduire le motif d'impression sur le tamis.
La nature de fils constituant le tamis est de préférence du polyester et chaque fil est constitué d'un fil unique de diamètre compris entre 40 et 80 pm.
La racle qui permet de presser la pâte au travers du tamis de sérigraphie peut être une racle usuelle ayant une arête d'impression à angle droit, chanfreinée ou arrondie. De préférence, la racle est constituée d'une matière du type polymère, par exemple un polyuréthane, présentant une dureté Shore A comprise entre 65 et 85.
La sérigraphie permet d'ajuster au mieux l'épaisseur et la largeur des éléments conducteurs. Après cuisson, les éléments présentent en particulier une épaisseur inférieure à 5 pm et une largeur de l'ordre de 0,5 mm.
Dans le cas d'un vitrage pourvu d'une couche électriquement conductrice transparente telle que réfléchissant les infrarouges, on aura veillé à déposer l'antenne fractale sur une surface du substrat dépourvue de la couche conductrice transparente.
- la possibilité d'imprimer une pluralité d'antennes fractales sur le même substrat sans pour autant couvrir une large étendue du substrat ;
- la possibilité de positionner l'antenne à différents endroits du substrat de manière sensiblement cachée, par exemple à proximité d'un élément de marquage, ou cachée derrière l'applique du rétroviseur intérieur ou du capteur de pluie pour un vitrage de véhicule;
- la possibilité de choisir l'emplacement le plus approprié sur le vitrage en fonction de la forme, la taille, la courbure du vitrage ;
L'impression de l'antenne directement sur le substrat rigide qui est en particulier destiné à être utilisé en tant que substrat visible pour fournir par exemple un vitrage transparent procure notamment les avantages suivants :
- une plus grande efficacité que sur des substrats en matière plastiques qui sont ensuite intégrés de manière cachée dans les accessoires du véhicule, l'antenne agencée sur un substrat visible tel qu'un vitrage étant plus proche de l'environnement extérieur ;
- la suppression des antennes extérieurement visibles et positionnées par exemple sur le toit du véhicule ;
- la possibilité d'utiliser l'antenne imprimée comme un élément esthétique du vitrage courant autour de l'élément de marquage ;
- la possibilité d'adapter le modèle d'antenne, une partie pouvant constituer une antenne à géométrie fractale, l'autre partie pouvant être une antenne usuelle ;
- une réduction du poids de l'antenne et une réduction des coûts de fabrication et d'intégration au véhicule, puisqu'il n'est pas nécessaire d'avoir des supports intermédiaires pour l'antenne comme dans l'art antérieur;
- le substrat rigide, qui constitue déjà un dispositif d'intégration de diverses fonctionnalités, fournit ainsi une fonctionnalité supplémentaire avec facilité et sans gêne quelconque. Ce type d'antenne participe à la plus-value d'un vitrage.
- Pour un vitrage de véhicule, l'assurance d'un protection efficace contre le vandalisme car intégrée au vitrage et donc au véhicule, et non pas comme dans l'art antérieur rapportée dans un accessoire facilement accessible pour sa violation ;
- amélioration de sa durabilité, car pour une application à un vitrage de véhicule, l'antenne est agencée à l'intérieur du véhicule et n'est donc pas exposée aux sollicitations environnementales extérieures.
Quant au dépôt de l'antenne par impression, cela permet d'utiliser n'importe quel type de substrat rigide, quels que soient sa couleur, son épaisseur, et d'adapter facilement la couleur du matériau conducteur à déposer de manière à
harmoniser avec la couleur du vitrage et/ou du véhicule.
De plus, les coûts de fabrication de l'antenne et de son intégration dans sa destination finale ne sont pas particulièrement augmentés puisque l'impression sur le substrat rigide est directement intégrée à la fabrication du produit final tel qu'un vitrage destiné à être monté dans un véhicule. L'impression avec un émail ou une encre permet de doser aisément la densité nécessaire du matériau (épaisseur, largeur) pour fournir le motif adapté d'antenne.
Selon un mode de réalisation d'impression, le matériau conducteur de l'électricité est sérigraphié.
Selon un autre mode de réalisation, l'impression du matériau conducteur de l'électricité est obtenue par jet d'encre ou d'émail, sans utilisation de masque mais à l'aide d'outils adaptés à assurer l'exactitude et la précision du motif.
Selon encore un autre mode de réalisation, l'impression du matériau conducteur de l'électricité est obtenue par son application au travers d'un masque, l'application étant réalisée par pulvérisation, ou à l'aide d'un rouleau ou selon un rideau continu de jet d'encre ou d'émail.
Selon encore une autre variante, le matériau conducteur de l'électricité est imprimé par électro-photographie.
Par ailleurs, le substrat ne présente aucun revêtement de protection pour l'antenne. On entend par revêtement, toute couche ou tout film qui serait associé
au substrat en revêtant directement l'antenne. En effet, l'encre ou l'émail associé
au substrat rigide présente l'avantage de ne nécessiter aucun revêtement de protection.
Le substrat rigide correspond à tout matériau adapté pour l'impression d'émail ou d'encre, par exemple du verre, que ce soit du verre minéral, ou du verre organique tel que du polycarbonate ou du polyméthylméthacrylate.
Avantageusement, l'encre ou l'émail est d'autant plus résistant lorsqu'il est cuit durant un traitement thermique sur le substrat qui est alors en verre, par exemple lorsque le substrat en verre doit subir une trempe et/ou un bombage.
Selon une caractéristique, le matériau comporte des éléments conducteurs de l'électricité à teneur en poids entre 60% et 80%. Il s'agit par exemple d'une pâte à base d'argent pour l'émail conducteur.
Le substrat peut présenter sur au moins une partie de sa surface, par exemple sur toute ou partie de sa périphérie et en bordure, un émail noir sur lequel est imprimé l'élément électroconducteur d'antenne. Ainsi, l'antenne peut être cachée à la vue lorsque l'on regarde au travers du substrat depuis la face opposée à celle portant l'émail noir.
Avantageusement, le substrat peut être un moyen transparent de vision.
Le substrat est destiné en particulier à constituer au moins une feuille de verre minéral ou organique d'un vitrage, notamment un vitrage ayant subi un traitement thermique si celui-ci est en verre minéral, en vue d'une utilisation dans un engin de locomotion ou dans le bâtiment.
Sans être limitatif, on pense en tant qu'engins de locomotion, aux véhicules automobile, avions, trains...
L'utilisation d'antennes dans le bâtiment trouve de plus en plus sa place dans la technologie actuelle des télécommunications, le vitrage constituant en extérieur comme en intérieur du bâtiment une utilisation fonctionnelle autre que celle primaire d'un moyen transparent de vision.
L'antenne étant directement appliquée sur le substrat, tel qu'une feuille de verre, ce dernier peut ensuite être utilisé de la manière voulue pour sa destination finale, aussi bien pour former un vitrage monolithique que pour fabriquer un vitrage feuilleté ou un vitrage isolant (que l'antenne soit tournée vers la lame de gaz ou à l'opposé).
L'invention propose également une nouvelle utilisation d'encre conductrice de l'électricité ou d'un émail conducteur de l'électricité pour former au moins une antenne sur un substrat rigide, caractérisée en ce que l'antenne présente une géométrie fractale.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont à présent être décrits en regard des figures sur lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique d'un substrat selon l'invention - la figure 2 est une vue détaillée de l'antenne du substrat selon un exemple de configuration ;
- les figures 3 et 4 sont des vues schématiques d'autres exemples de réalisation d'un substrat selon l'invention.
La figure 1 illustre un vitrage 1 comportant un substrat verrier 10 qui a subi un traitement thermique et qui comporte une structure d'antenne 2 selon l'invention.
Le substrat pourrait tout aussi bien être en polycarbonate ou en polyméthylméthacrylate qui sont des matières plastiques rigides et adaptées à
recevoir en particulier de l'encre ou de la pâte conductrice par sérigraphie notamment.
Le vitrage est destiné à être utilisé par exemple dans un véhicule automobile, en tant que pare-brise, lunette arrière, vitre latérale, toit, vitre de rétroviseur. La forme illustrée ici est schématique ; toute forme de vitrage ou de paroi vitrée qui s'adapte au dispositif auquel le vitrage ou la paroi est destiné est envisageable.
La structure d'antenne 2 est une antenne à géométrie fractale (figure 2).
Cette antenne comprend un élément 20 électriquement conducteur qui se présente sous forme de segments disposés en série et en parallèle tels qu'ils forment un motif se répétant plusieurs fois, éventuellement à des échelles de tailles différentes et homothétiques.
Le motif représenté sur la figure 2 est un exemple. D'autres motifs peuvent être envisagés, adaptés au positionnement de l'antenne sur le vitrage ou à
l'application qui est faite de l'antenne.
La particularité de cette antenne est de pouvoir fonctionner sur une pluralité
de bandes de fréquences tout en étant de petite dimension. Ainsi, utilisant par exemple une surface d'environ 10 à 50 cm2, elle peut n'occuper qu'une partie restreinte du vitrage contrairement aux antennes usuelles.
Dans le cas de l'exemple de réalisation représenté, l'antenne est installée en bord du vitrage, mais peut manifestement être installée en n'importe quel autre endroit du vitrage, et de préférence où son fonctionnement sera le plus opérationnel.
Une fois en place dans le dispositif d'accueil, le vitrage présente l'antenne sur sa face intérieure, celle exposée à l'intérieur du dispositif, par exemple à
l'intérieur du véhicule.
De manière usuelle pour un vitrage de véhicule, le vitrage est pourvu d'un émail noir 11 agencé en bordure du vitrage et sur toute sa périphérie. Le matériau conducteur de l'antenne 2 est par exemple fait d'un émail de couleur différente et peut être déposé sur l'émail noir ou sur la surface transparente du vitrage.
Le vitrage peut comporter plusieurs antennes fractales. Ces antennes peuvent être disposées à plusieurs endroits du vitrage.
Il est également possible de réaliser une forme géométrique constituée d'une pluralité d'éléments conducteurs 20, qui aboutés fournissent une ou plusieurs antennes dont la longueur de conducteur électrique peut être adaptée à
la plage ou les plages de fréquences ciblées pour l'utilisation de telles antennes.
On peut ainsi envisager qu'une antenne chemine sur une partie, voire même l'ensemble, de la périphérie du vitrage, tout en étant de faible largeur, n'excédant par exemple pas 7 cm, car pouvant être en particulier cachée par l'émail noir de bordure du vitrage. La figure 3 qui reste schématique quant à la forme de l'antenne en est ainsi un exemple.
Un même vitrage peut comporter tel que visible sur la figure 4 au moins une antenne fractale 2 et une antenne usuelle 3.
L'élément conducteur 20 est fait d'une encre ou d'une pâte à cuire conductrice de l'électricité, telle qu'un matériau à base d'argent, à teneur en poids entre 60% et 80%.
De préférence, le matériau présente une résistance inférieure à 10 Ohm/m.
La résistivité du matériau est de préférence d'environ 5 pS2.cm de manière à
permettre après cuisson un meilleur brasage pour la connexion de l'antenne à
un conducteur d'amenée de courant (ici non illustré).
Le matériau est appliqué de préférence par sérigraphie sur la surface du verre et est cuit dans la surface du verre au cours du processus thermique de formage.
Dans d'autres variantes d'impression du matériau, on procède à
l'application d'encre ou d'émail conducteur à travers un masque de motif approprié, par diverses méthodes telles que par pulvérisation, par l'utilisation d'un rouleau, ou par l'envoi d'un rideau continu de jet d'encre.
On peut également procéder par jet d'encre ou d'émail sans nécessité de masque, les outils employés étant adaptés pour assurer l'exactitude et la précision du motif voulu.
Enfin, un autre procédé consiste en l'électro-photographie.
Dans le cadre de la réalisation d'impression par sérigraphie, le tamis employé peut être obtenu par la technique photographique, connue en soi, qui consiste à recouvrir la surface du tamis d'une couche ou d'un film de résine photoréticulable et à opérer par projection d'une diapositive afin de reproduire le motif d'impression sur le tamis.
La nature de fils constituant le tamis est de préférence du polyester et chaque fil est constitué d'un fil unique de diamètre compris entre 40 et 80 pm.
La racle qui permet de presser la pâte au travers du tamis de sérigraphie peut être une racle usuelle ayant une arête d'impression à angle droit, chanfreinée ou arrondie. De préférence, la racle est constituée d'une matière du type polymère, par exemple un polyuréthane, présentant une dureté Shore A comprise entre 65 et 85.
La sérigraphie permet d'ajuster au mieux l'épaisseur et la largeur des éléments conducteurs. Après cuisson, les éléments présentent en particulier une épaisseur inférieure à 5 pm et une largeur de l'ordre de 0,5 mm.
Dans le cas d'un vitrage pourvu d'une couche électriquement conductrice transparente telle que réfléchissant les infrarouges, on aura veillé à déposer l'antenne fractale sur une surface du substrat dépourvue de la couche conductrice transparente.
Claims (19)
1. Substrat rigide comportant au moins un élément électroconducteur qui assure une fonction d'antenne pour émettre et/ ou recevoir des signaux électromagnétiques, l'élément électroconducteur étant constitué d'un matériau conducteur de l'électricité et présentant un motif à géométrie fractale, dans lequel l'élément électroconducteur est formé par une encre conductrice de l'électricité ou un émail conducteur de l'électricité, et est directement imprimé
sur le substrat.
sur le substrat.
2. Substrat selon la revendication 1, dans lequel le matériau conducteur de l'électricité est sérigraphié.
3. Substrat selon la revendication 1, dans lequel l'impression du matériau conducteur de l'électricité est obtenue par jet d'encre ou d'émail sans utilisation de masque.
4. Substrat selon la revendication 1, dans lequel l'impression du matériau conducteur de l'électricité est obtenue par son application au travers d'un masque, l'application étant réalisée par pulvérisation, ou à l'aide d'un rouleau ou selon un rideau continu de jet d'encre ou d'émail.
5. Substrat selon la revendication 1, dans lequel l'impression du matériau conducteur de l'électricité est obtenue par électro-photographie.
6. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le substrat ne présente aucun revêtement de protection pour l'élément électro-conducteur.
7. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le substrat est en verre.
8. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le substrat est en polycarbonate ou en polyméthylméthacrylate.
9. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'encre ou l'émail est cuit sur le substrat durant un traitement thermique.
10. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le matériau comporte des éléments conducteurs d'électricité à teneur en poids entre 60% et 80%.
11. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l'émail conducteur est une pâte à base d'argent.
12. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, présentant sur au moins une partie de sa surface un émail noir sur lequel est imprimé l'élément conducteur.
13. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comportant plusieurs éléments conducteurs à géométrie fractales pour constituer plusieurs antennes fractales.
14. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, comportant au moins un élément conducteur à géométrie fractale qui constitue une antenne fractale, et au moins une autre antenne usuelle.
15. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, constituant un moyen transparent de vision.
16. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, constituant au moins une feuille de verre minéral ou organique d'un vitrage.
17. Vitrage feuilleté ou isolant comprenant le substrat selon l'une quelconques des revendications 1 à 16.
18. Vitrage selon la revendication 17, ledit substrat étant intégré dans un engin de locomotion, en particulier un véhicule automobile.
19. Vitrage selon la revendication 17, ledit substrat étant intégré dans une paroi de bâtiment.
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