EP0829923A1 - Dispositif à éléments rayonnants - Google Patents

Dispositif à éléments rayonnants

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EP0829923A1
EP0829923A1 EP97402082A EP97402082A EP0829923A1 EP 0829923 A1 EP0829923 A1 EP 0829923A1 EP 97402082 A EP97402082 A EP 97402082A EP 97402082 A EP97402082 A EP 97402082A EP 0829923 A1 EP0829923 A1 EP 0829923A1
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module
face
cell
electronic circuit
circuit
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Alcatel Lucent SAS
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Alcatel Espace Industries SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0087—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays

Definitions

  • the present invention relates generally to a radiating element device, such as antenna, as well than a method of manufacturing such a device.
  • the antenna is for example intended to be integrated into a satellite.
  • the supporting structure is made of a fiber material of carbon which is metallized on its surface.
  • This structure carrier defines a plurality of elementary cells closed matrically arranged like a “nest bees. "Electronic circuits are arranged at inside these cells.
  • the supporting structure supports an antenna body on which radiating elements are attached. Each radiating element radiates in response to receiving an output signal produced by an electronic circuit.
  • the lower surface of the supporting structure defines a bottom supporting conductive connecting elements suitable for applying input signals to electronic circuits.
  • the antenna described in this technical document anterior has the main disadvantage of a structure complex that requires many manufacturing steps.
  • a first objective of the invention is to provide a device for radiant elements whose structure is considerably simplified compared to the prior art.
  • a another object of the invention is to provide a method of manufacture of such a device, the method not comprising a reduced number of steps compared to the technique anterior.
  • the constitution of the device is considerably simplified in that it does not understand including an antenna body to support the elements radiant.
  • the connecting means comprise point-to-point contact means distributed over a second face of said module which is opposite to said first face and on a support, of the printed circuit type, on which is added the supporting structure.
  • resin can be used to keep the module inside the cell.
  • a method of manufacturing a device provides that at least one module is introduced electronic, on the first side of which is arranged a radiating element, in a respective cell of a supporting structure including a plurality of cells elementary, and we report the second side of the module bearing first means of contact on the support bearing second contact means so as to establish point-to-point contacts between said first and second means of contact.
  • each module 1 includes at least one circuit microwave electronics embedded in a material dielectric and together forming a block.
  • a module 1 comprises a plurality of stacked elementary structures forming a block coated in a dielectric material.
  • Each structure elementary includes a lower dielectric layer on an upper surface of which is arranged a circuit integrated, and an upper dielectric layer covering the circuit.
  • a connection to connect a first circuit integrated mounted on a dielectric layer of a first structure among the plurality of structures at a second integrated circuit mounted on a dielectric layer of a second structure among the plurality of structures is consisting of (a) - an input coplanar line arranged on the upper surface of the dielectric layer lower of the first structure, (b) - a line coplanar outlet arranged on the upper surface of the lower dielectric layer of the second structure, and (c) - a coplanar connecting line connecting a end of the input coplanar line and one end of the output coplanar line.
  • a link between the exit (or entry) of one or the single electronic circuit in module 1 and one element radiating 2 is provided for example by a microstrip line (not shown).
  • the radiating element 2 is arranged directly on the first side of this module, on the surface of the coating dielectric material, and is fixed by example by gluing on this face of the module. So the manufacturing of the antenna uses elementary modules each carrying a radiating element on one of its faces 2.
  • the antenna uses a supporting structure 4 defining a plurality of cells through hole elementaries 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, and 48 inside at least one of which cells an electronic module 1 and its element are introduced associated radiant 2.
  • the supporting structure is for example in Magnesium and advantageously has the function of ensuring that both a function of heat dissipation and electromagnetic shielding between modules 1 which are introduced into neighboring cells.
  • Elementary cells 40-48 are arranged matrix like a "honeycomb", each cell being delimited by four walls of the structure carrier 4 and taking a general shape of a parallelepiped.
  • each module 1, carrying a radiating element 2 on one of these faces, is introduced into a cell respective of the supporting structure 4. If the module has a volume lower than the volume of the cell in which it is introduced, a resin, typically made of material dielectric, 10 is introduced into the volume of the cell 40-48 not occupied by module 1, to keep the module at inside cell 40-48. It can nevertheless be planned to machine each module 1 so that its volume coincides with that of a cell. In this case, no resin addition is not required.
  • Each module 1 relates to a face opposite the face on which the radiating element 2 is arranged, elements contact 11, 12 and 13.
  • Electronic circuits, typically microwave, included in a module 1 receive low frequency LF power signals as well as useful high frequency HF signals.
  • the supply of HF signals to an electronic circuit in a module 1 is carried out for example by means of lines coplanar, metallized vias, microstrip lines, etc ... while the LF signal supply of such circuit is carried out by means of a wire connection.
  • the antenna also includes a support, of the type printed circuit, 3 on a main surface of which protrude from the ends, or points of contact, 31-33 intended to be put in contact with the contact points protruding correspondents 11-13 of module 1.
  • the points of protruding contact on the main surface of the support are coplanar line ends, wire connection connected to signal generation sources, such as power signal or HF signal.
  • the supporting structure 4 is reported, in cells 40-48 of which were previously introduced the modules 1, on the support 3 carrying the contact points 31-33 so as to establish contacts point by point respectively between the contact points 11-13 and contact points 31-33.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

L'invention fournit un dispositif à éléments rayonnants comprenant:
  • une structure porteuse (4) définissant une pluralité de cellules élémentaires (40-48);
  • au moins un circuit électronique (1),
  • des moyens de liaison pour fournir audit circuit électronique au moins un signal d'entrée, et
  • au moins un élément rayonnant (2) qui est connecté à une sortie dudit circuit électronique (1), pour rayonner en réponse à la réception d'un signal produit en sortie dudit circuit électronique (1).
Selon l'invention, ledit circuit électronique est enrobé dans un matériau diélectrique, pour former un module électronique de type hyperfréquence comportant une pluralité de structures élémentaires empilées formant bloc, chaque structure comportant une couche diélectrique inférieure sur la surface supérieure de laquelle est disposé un circuit intégré, et en ce que ledit élément rayonnant (2) est disposé directement sur une première face dudit module (1).

Description

La présente invention concerne de manière générale une dispositif à éléments rayonnants, tel qu'antenne, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel dispositif. L'antenne est par exemple destinée à être intégrée dans un satellite.
Le brevet américain US-A-4 987 425 décrit une antenne active à structure porteuse incluant des circuits électroniques et des éléments rayonnants, ou patchs. La structure porteuse est réalisée en un matériau de fibre de carbone qui est métallisé sur sa surface. Cette structure porteuse définit une pluralité de cellules élémentaires closes disposées matriciellement à la manière d'un "nid d'abeilles". Des circuits électroniques sont disposés à l'intérieur de ces cellules. Sur sa surface supérieure, la structure porteuse supporte un corps d'antenne sur lequel sont fixés des éléments rayonnants. Chaque élément rayonnant rayonne en réponse à la réception d'un signal de sortie produit par un circuit électronique. La surface inférieure de la structure porteuse définit un fond supportant des éléments de liaison conducteurs propres à appliquer des signaux d'entrée aux circuits électroniques.
L'antenne décrite dans ce document de la technique antérieure présente l'inconvénient principal d'une structure complexe qui requiert de nombreuses étapes de fabrication.
Afin de remédier à ces inconvénients, un premier objectif de l'invention est de fournir un dispositif à éléments rayonnants dont la structure est considérablement simplifiée comparativement à la technique antérieure. Un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'un tel dispositif, le procédé ne comprenant qu'un nombre réduit d'étapes comparativement à la technique antérieure.
A cette fin, un dispositif à éléments rayonnants comprenant:
  • une structure porteuse définissant une pluralité de cellules élémentaires;
  • au moins un circuit électronique;
  • des moyens de liaison pour fournir audit circuit électronique au moins un signal d'entrée, et
  • au moins un élément rayonnant qui est connecté à une sortie dudit circuit électronique, pour rayonner en réponse à la réception d'un signal produit en sortie dudit circuit électronique ,
   est caractérisé en ce que ledit circuit électronique est enrobé dans un matériau diélectrique, pour former un module électronique de type hyperfréquence comportant une pluralité de structures élémentaires empilées formant bloc, chaque structure comportant une couche diélectrique inférieure sur la surface supérieure de laquelle est disposé un circuit intégré, et en ce que ledit élément rayonnant est disposé directement sur une première face dudit module .
Ainsi, la constitution du dispositif est considérablement simplifiée en ce qu'il ne comprend pas notamment un corps d'antenne pour supporter les éléments rayonnants.
Avantageusement, les moyens de liaison comprennent des moyens de contact point à point répartis sur une seconde face dudit module qui est opposée à ladite première face et sur un support, de type circuit imprimé, sur lequel est rapportée la structure porteuse.
En outre, de la résine peut être utilisée pour maintenir le module à l'intérieur de la cellule.
Un procédé de fabrication d'un dispositif selon l'invention prévoit que l'on introduit au moins un module électronique, sur la première face duquel est disposé un élément rayonnant, dans une cellule respective d'une structure porteuse incluant une pluralité de cellules élémentaires, et l'on rapporte la seconde face du module portant des premiers moyens de contact sur le support portant des seconds moyens de contact de sorte à établir des contacts point par point entre lesdits premiers et seconds moyens de contact.
Il peut en outre être prévu que l'on injecte une résine dans le volume de la cellule non occupé par le module, pour maintenir le module à l'intérieur de la cellule.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaítront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés correspondants, dans lesquels:
  • la figure 1 montre un module électronique utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention;
  • la figure 2 montre une vue partielle en coupe transversale d'une antenne selon la présente invention; et
  • la figure 3 est une vue du dessus d'une portion d'antenne selon l'invention.
L'invention sera décrite ci-dessous dans le cadre particulier de la réalisation d'une antenne bien qu'elle puisse s'appliquer à la réalisation de tout dispositif électronique basé sur un assemblage de modules parallélépipédiques au moyen d'une structure porteuse.
En référence à la figure 1, l'invention utilise des modules électroniques 1, de type hyperfréquence. De manière générale, chaque module 1 comprend au moins un circuit électronique hyperfréquence enrobé dans un matériau diélectrique et formant ensemble un bloc.
Selon un exemple de réalisation non limitatif, le module est tel que décrit dans la demande de brevet français n°96-04249 déposée le 4 avril 1996 au nom de la présente demanderesse, et incluse par référence dans la présente demande. Dans cette réalisation, un module 1 comprend une pluralité de structures élémentaires empilées formant bloc enrobées dans un matériau diélectrique. Chaque structure élémentaire comprend une couche diélectrique inférieure sur une surface supérieure de laquelle est disposé un circuit intégré, et une couche diélectrique supérieure recouvrant le circuit. Une connexion pour connecter un premier circuit intégré monté sur une couche diélectrique d'une première structure parmi la pluralité de structures à un second circuit intégré monté sur une couche diélectrique d'une seconde structure parmi la pluralité de structures, est constituée (a) - d'une ligne coplanaire d'entrée disposée sur la surface supérieure de la couche diélectrique inférieure de la première structure, (b) - une ligne coplanaire de sortie disposée sur la surface supérieure de la couche diélectrique inférieure de la seconde structure, et (c) - une ligne coplanaire de liaison reliant une extrémité de la ligne coplanaire d'entrée et une extrémité de la ligne coplanaire de sortie.
Une liaison entre la sortie (ou entrée) de l'un ou du seul circuit électronique dans un module 1 et un élément rayonnant 2 est assurée par exemple par une ligne microruban (non représentée) . Selon l'invention, pour au moins l'un des modules 1 de l'antenne, l'élément rayonnant 2 est disposé directement sur une première face de ce module, sur la surface du matériau diélectrique enrobant, et est fixée par exemple par collage sur cette face du module. Ainsi la fabrication de l'antenne recourt à des modules élémentaires portant chacun sur l'une de ses faces un élément rayonnant 2.
En référence aux figures 2 et 3, l'antenne utilise une structure porteuse 4 définissant une pluralité de cellules élémentaires à trou débouchant 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, et 48 à l'intérieur d'au moins l'une desquelles cellules est introduit un module électronique 1 et son élément rayonnant associé 2. La structure porteuse est par exemple en Magnésium et a avantageusement pour fonction d'assurer à la fois une fonction de dissipation de chaleur et de blindage électromagnétique entre les modules 1 qui sont introduits dans des cellules voisines.
Les cellules élémentaires 40-48 sont disposées matriciellement à la manière d'un "nid d'abeilles", chaque cellule étant délimitée par quatre parois de la structure porteuse 4 et prenant une forme générale de parallélépipède.
Lors de la fabrication d'une antenne selon l'invention, chaque module 1, portant un élément rayonnant 2 sur l'une de ces faces, est introduit dans une cellule respective de la structure porteuse 4. Si le module possède un volume inférieur au volume de la cellule dans laquelle il est introduit, une résine, typiquement en matériau diélectrique, 10 est introduite dans le volume de la cellule 40-48 non occupé par le module 1, pour maintenir le module à l'intérieur de la cellule 40-48. Il peut néanmoins être prévu d'usiner chaque module 1 de sorte que son volume coïncide avec celui d'une cellule. Dans ce cas, aucune adjonction de résine n'est requise.
Chaque module 1 porte sur une face opposée à la face sur laquelle est disposé l'élément rayonnant 2, des éléments de contact 11, 12 et 13. Les circuits électroniques, typiquement hyperfréquences, inclus dans un module 1, reçoivent des signaux d'alimentation à basse fréquence BF ainsi que des signaux utiles à haute fréquence HF. L'alimentation en signaux HF d'un circuit électronique dans un module 1 s'effectue par exemple au moyen de lignes coplanaires, de vias métallisés, de lignes microrubans, etc... tandis que l'alimentation en signal BF d'un tel circuit s'effectue au moyen d'une liaison filaire. Des extrémités, ou points de contact, 11, 12 et 13 de ces lignes coplanaires, vias métallisées, liaisons filaires, saillent sur une face, dite seconde face, du module 1 qui est opposée à la face sur laquelle est disposé l'élément rayonnant 2.
L'antenne comprend également un support, de type circuit imprimé, 3 sur une surface principale duquel saillent des extrémités, ou points de contact, 31-33 destinés à être mis en contact avec les points de contact correspondants saillant 11-13 du module 1. Les points de contact saillant sur la surface principale du support sont des extrémités de ligne coplanaire, liaison filaire connectées à des sources de génération de signal, tel que signal d'alimentation ou signal HF.
Pour établir des connexions entre les points de contact 11-13 saillant sur la seconde face du module 1 et les points de contact 31-33 saillant sur la face principale du support 3, l'on rapporte la structure porteuse 4, dans les cellules 40-48 de laquelle ont été préalablement introduits les modules 1, sur le support 3 portant les points de contact 31-33 de sorte à établir des contacts point par point respectivement entre les points de contact 11-13 et les points de contact 31-33.

Claims (6)

  1. Dispositif à élément rayonnant comprenant:
    une structure porteuse (4) définissant une pluralité de cellules élémentaires (40-48);
    au moins un circuit électronique (1);
    des moyens de liaison pour fournir audit circuit électronique au moins un signal d'entrée, et
    au moins un élément rayonnant (2) qui est connecté à une sortie dudit circuit électronique (1), pour rayonner en réponse à la réception d'un signal produit en sortie dudit circuit électronique (1),
       caractérisé en ce que ledit circuit électronique est enrobé dans un matériau diélectrique, pour former un module électronique de type hyperfréquence comportant une pluralité de structures élémentaires empilées formant bloc, chaque structure comportant une couche diélectrique inférieure sur la surface supérieure de laquelle est disposé un circuit intégré, et en ce que ledit élément rayonnant (2) est disposé directement sur une première face dudit module (1).
  2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison comprennent des moyens de contact point à point (11-13; 31-33) répartis sur une seconde face dudit module (1) qui est opposée à ladite première face et sur un support (3), de type circuit imprimé, sur lequel est rapportée la structure porteuse (4).
  3. Dispositif conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, de la résine (10) dans un volume de ladite cellule non occupé par ledit au moins un module, pour maintenir ledit au moins un module (1) à l'intérieur de ladite cellule (40-48).
  4. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il constitue une antenne.
  5. Procédé de fabrication d'un dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que l'on introduit au moins un module électronique (1), sur la première face duquel est disposé un élément rayonnant (2), dans une cellule (40-48) respective d'une structure porteuse (4) incluant une pluralité de cellules élémentaires, et l'on rapporte la seconde face dudit au moins un module portant des premiers moyens de contact (11-13) sur le support portant des seconds moyens de contact (31-33) de sorte à établir des contacts point par point entre lesdits premiers et seconds moyens de contact.
  6. Procédé conforme à la revendication 5, pour la fabrication d'un dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que l'on injecte une résine (10) dans le volume de ladite cellule non occupé par ledit au moins un module, pour maintenir ledit au moins un module à l'intérieur de la cellule.
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