EP3392959B1 - Cellule élémentaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable - Google Patents

Cellule élémentaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable Download PDF

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EP3392959B1
EP3392959B1 EP18166901.1A EP18166901A EP3392959B1 EP 3392959 B1 EP3392959 B1 EP 3392959B1 EP 18166901 A EP18166901 A EP 18166901A EP 3392959 B1 EP3392959 B1 EP 3392959B1
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EP
European Patent Office
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phase
antenna
unit cell
shift circuit
dielectric substrate
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Application number
EP18166901.1A
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English (en)
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EP3392959A1 (fr
Inventor
Antonio Clemente
Laurent Dussopt
Luca Di Palma
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2283—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles mounted in or on the surface of a semiconductor substrate as a chip-type antenna or integrated with other components into an IC package
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
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    • H01Q21/0093—Monolithic arrays
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Definitions

  • the invention relates to an elementary cell of a transmitter network for an antenna reconfigurable at an operating frequency, preferably between 4 GHz and 170 GHz.
  • the invention also relates to a reconfigurable antenna comprising a transmitter network comprising such elementary cells.
  • the term “reconfigurable” is understood to mean that at least one characteristic of the antenna can be modified during its lifetime, after its manufacture.
  • the generally modifiable characteristic or characteristics are the frequency response (in amplitude and in phase), the radiation pattern (also called the beam), and the polarization.
  • the reconfiguration of the frequency response covers different functionalities such as frequency switching, frequency tuning, bandwidth variation, phase shift, frequency filtering etc.
  • the reconfiguration of the radiation pattern covers different functionalities such as angular scanning of the direction of aiming of the beam (also called defocusing), the opening of the beam (that is to say the concentration of the radiation in a particular direction), spatial filtering, the formation of a beam or of a multibeam (for example several narrow beams replacing a wide beam) etc.
  • the technical field of the invention relates more precisely to a reconfigurable antenna of the transmitter network type.
  • Such an elementary cell of the state of the art is not entirely satisfactory insofar as it can generate only two phase states for the transmission of the incident wave.
  • the two phase states are separated by 180 ° insofar as the first and second switches, respectively having an on state and an off state and controlled alternately, energize the transmitting antenna in phase or in opposition of phase with the receiving antenna.
  • the transmission phase is controlled with 1-bit quantization, i.e. two phase states at 0 ° or 180 °.
  • This 1-bit quantization is likely to limit the performance of the reconfigurable antenna of the transmitter network type, in particular in terms of directivity, and consequently of gain, and of the level of the secondary lobes (SLL for “ Side Lobe Level ” in English ).
  • Such an elementary cell makes it possible, thanks to such a reception antenna and to the second phase shift circuit, to obtain a second pair of phase states for the transmission of the incident wave.
  • Such an elementary cell can therefore generate four phase states for the transmission of the incident wave.
  • the phase states within each pair are separated by 180 ° insofar as the switches of the first and second phase shift circuits energize the transmit antenna (respectively the receive antenna) in phase or out of phase with the 'receiving antenna (respectively the transmitting antenna).
  • the transmission phase is controlled with a quantization of 2 bits, and not just 1 bit as in the state of the art.
  • This 2-bit quantization makes it possible to envisage an improvement in the performance of the reconfigurable antenna of the transmitter network type, in particular in terms of directivity, and therefore of gain, and of the level of secondary lobes.
  • the elementary cell according to the invention can comprise one or more of the following characteristics.
  • the elementary cell comprises a delay line configured so that the second pair of phase states is out of phase by 90 ° with respect to the first pair of phase states.
  • line is understood to mean a track made of an electrically conductive material.
  • electrically conductive is understood to mean that the material has an electrical conductivity at 300 K of greater than 10 3 S / cm.
  • an advantage obtained is to obtain the following four phase states: 0 °, 90 °, 180 ° and 270 °. These four phase states are particularly advantageous because they make it possible to improve the focusing capacity of the transmitter network and consequently the gain.
  • the delay line extends from the reception antenna.
  • the delay line has a length adapted to the desired phase shift.
  • the reception antenna remains easily accessible for modifying the delay line, unlike the phase shift circuits arranged within the architecture of the elementary cell.
  • dielectric substrate is understood to mean a substrate made from a material having an electrical conductivity at 300 K of less than 10 -8 S / cm.
  • an advantage obtained is that of authorizing a polarization of the switches with minimal bulk, and without disturbing the pickup pattern of the receiving antenna.
  • ground plane is to form an electromagnetic shielding between the reception antenna and the transmission antenna.
  • the second surface of the second dielectric substrate is provided with quarter-wave lines electrically connected to the ground plane.
  • quarter wave line is meant a line having a length equal to one quarter of the operating wavelength of the antenna.
  • an advantage provided by such lines is to form an open circuit (impedance tends to infinity) at the operating frequency.
  • the elementary cell comprises a first bonding film arranged to bond the second surface of the second dielectric substrate to the second surface of the first dielectric substrate.
  • an advantage provided by such a bonding film is to be able to join the first and second dielectric substrates together with minimal bulk.
  • one advantage obtained is that of allowing polarization of the switches with minimal bulk, and without disturbing the radiation pattern of the transmission antenna.
  • the elementary cell comprises a second bonding film arranged to bond the second surface of the third dielectric substrate to the first surface of the second dielectric substrate.
  • an advantage provided by such a bonding film is to be able to join the second and third dielectric substrates together with minimal bulk.
  • the elementary cell comprises a main interconnection hole, arranged to electrically connect the reception antenna and the transmission antenna; the main via hole passing through the first, second, and third dielectric substrates as well as the first and second sizing films; the main via hole being electrically isolated from the ground plane; the main via hole being connected to the quarter wave lines.
  • the subject of the invention is also an antenna that can be reconfigured at an operating frequency, comprising a transmitter network comprising a set of elementary cells in accordance with the invention.
  • the first dielectric substrate 6 can have a thickness of the order of 254 ⁇ m when the operating frequency is 29 GHz.
  • the first dielectric substrate 6 can be made from a commercial material such as RT / duroid® 6002.
  • the reception antenna 2 is a planar antenna (“ patch ” in English).
  • the first and second capture surfaces 20, 21 are arranged to capture the incident wave E i .
  • the first and second capture surfaces 20, 21 are separate in the sense that they are separated from each other by a separation zone ZS1 so as to be electrically isolated from each other.
  • a slot is advantageously formed in the receiving antenna 2 to electrically isolate the first and second capture surfaces 20, 21.
  • the slot defines the separation zone ZS1.
  • the slot is preferably annular, with a rectangular section. Of course, other shapes can be envisaged for the slot, such as an elliptical or circular shape.
  • the electrical insulation of the first and second collection surfaces 20, 21 can be provided by a dielectric material.
  • the first and second capture surfaces 20, 21 advantageously have an axis of symmetry so as not to degrade the polarization of the incident wave E i .
  • the first capture surface 20 preferably forms a ring with a rectangular section.
  • the second capture surface 21 preferably forms a rectangular strip.
  • the second capture surface 21 is advantageously circumscribed by the first capture surface 20 in order to avoid the formation of parasitic currents.
  • the first and second capture surfaces 20, 21 are preferably made of a metallic material, more preferably copper. Additional collection surfaces can advantageously be stacked on the first and second collection surfaces 20, 21 in order to increase the bandwidth of the reception antenna 2.
  • the elementary cell 1 advantageously comprises a delay line LR configured so that the second pair of phase states is out of phase by 90 ° with respect to the first pair. phase states.
  • the delay line LR has a suitable length so that the second pair of phase states is out of phase by 90 ° with respect to the first pair of phase states.
  • the delay line LR advantageously extends from the reception antenna 2. More precisely, as illustrated in figure 3 , the delay line LR extends from the first sensing surface 20 of the reception antenna 2.
  • the delay line LR is preferably made of a metallic material, more preferably copper.
  • the second dielectric substrate 7 may have a thickness of the order of 254 ⁇ m when the operating frequency is 29 GHz.
  • the second dielectric substrate 7 can be made from a commercial material such as RT / duroid® 6002.
  • the PM ground plane is preferably made of a metallic material, more preferably copper.
  • the ground plane PM can have a thickness of the order of 17) ⁇ m when the operating frequency is 29 GHz.
  • the second surface 71 of the second dielectric substrate 7 is advantageously provided with quarter-wave lines 710 electrically connected to the ground plane PM via an interconnection hole 711 passing through the second dielectric substrate 7.
  • the quarter-wave lines wave 710 are preferably made of a metallic material, more preferably copper.
  • the third dielectric substrate 8 may have a thickness of the order of 508 ⁇ m when the operating frequency is 29 GHz.
  • the third dielectric substrate 8 can be made from a commercial material such as RT / duroid® 6002.
  • the transmission antenna 3 is a planar antenna (“ patch ” in English).
  • the first and second radiation surfaces 30, 31 are separate in the sense that they are separated from each other by a separation zone ZS2 so as to be electrically isolated from each other.
  • a slot is advantageously formed in the transmission antenna 3 to electrically isolate the first and second radiation surfaces 30, 31.
  • the slot defines the separation zone ZS2.
  • the slot is preferably annular, with a rectangular section. Of course, other shapes can be envisaged for the slot, such as an elliptical or circular shape.
  • the electrical insulation of the first and second radiation surfaces 30, 31 can be provided by a dielectric material.
  • the first and second radiating surfaces 30, 31 advantageously have an axis of symmetry so as not to degrade the polarization of the wave transmitted E t by the transmission antenna 3 while minimizing the excitation of unwanted resonance modes.
  • the first radiation surface 30 preferably forms a ring with a rectangular section.
  • the second radiation surface 31 preferably forms a rectangular strip.
  • the second radiation surface 31 is advantageously circumscribed by the first radiation surface 30 in order to avoid the formation of parasitic currents.
  • the first and second radiation surfaces 30, 31 are preferably made of a metallic material, more preferably copper. Additional radiation surfaces can advantageously be stacked on the first and second radiation surfaces 30, 31 in order to increase the bandwidth of the transmission antenna 3.
  • the reception antenna 2 and the transmission antenna 3 can advantageously be oriented with respect to each other so as to modify the polarization of the incident wave E i .
  • a rotation of the transmission antenna 3 by 90 ° relative to the reception antenna 2 makes it possible to switch, for example, from a vertical polarization of the incident wave E i to a horizontal polarization of the transmitted wave E t .
  • the first phase shift circuit 4 comprises bias lines 810 arranged to bias the first and second switches 40, 41.
  • the bias lines 810 are electrically conductive tracks, forming means for controlling the first and second switches 40, 41.
  • polarization lines 810 are preferably made from a metallic material, more preferably copper.
  • the polarization lines 810 of the first phase shift circuit 4 are advantageously arranged on the second surface 81 of the third dielectric substrate 8.
  • the polarization lines 810 of the first phase shift circuit 4 are electrically connected to the transmission antenna 3, more precisely to the first radiating surface 30 of the transmission antenna 3, via a via hole 811 passing through the third dielectric substrate 8.
  • the bias lines 810 of the first phase shift circuit 4 can be connected to contact pads or decoupling circuits 812.
  • the contact pads or decoupling circuits 812 are preferably made of a metallic material, more preferably copper.
  • the second phase shift circuit 5 comprises bias lines 610 arranged to bias the first and second switches 50, 51.
  • the bias lines 610 are electrically conductive tracks, forming control means for the first and second switches. 50, 51.
  • the polarization lines 610 are preferably made from a metallic material, more preferably copper.
  • the polarization lines 610 of the second phase shift circuit 5 are advantageously arranged on the second surface 61 of the first dielectric substrate 6.
  • the polarization lines 610 of the second phase shift circuit 5 are electrically connected to the receiving antenna 2. , more precisely to the first sensing surface 20 of the receiving antenna 2, via an interconnection hole 611 passing through the first dielectric substrate 6.
  • the bias lines 610 of the second phase shift circuit are advantageously connected to decoupling circuits 612.
  • the decoupling circuits 612 are preferably made of a metallic material, more preferably copper.
  • the first and second switches 40, 41 of the first phase shift circuit 4 may extend over the first and second radiating surfaces 30, 31 of the transmitting antenna 3.
  • the first and second switches 40, 41 of the first phase shift circuit 4 can be formed on the first surface 80 of the third dielectric substrate 8, in the zone of separation ZS2 from the first and second radiating surfaces 30, 31 of the transmission antenna 3.
  • the first and second switches 40 , 41 of the first phase shift circuit 4 are advantageously formed at the first surface 80 of the third dielectric substrate 8, in the separation zone ZS2, monolithically with the transmission antenna 3.
  • monolithic is meant that the transmission antenna 3 and the first and second switches 40, 41 of the first phase shift circuit 4 share a single substrate, in this case the third dielectric substrate 8.
  • the first and second switches 50, 51 of the second phase shift circuit 5 can extend over the first and second sensing surfaces 20, 21 of the receiving antenna 2.
  • the first and second switches 50, 51 of the second phase shift circuit 5 can be formed on the first surface 60 of the first dielectric substrate 6, in the zone of separation ZS1 of the first and second sensing surfaces 20, 21 of the receiving antenna 2.
  • the first and second switches 50, 51 of the second phase shift circuit 5 are advantageously formed on the first surface 60 of the first dielectric substrate 6, in the separation zone ZS1, monolithically with the receiving antenna 2.
  • monolithic is meant that the receiving antenna 2 and the first and second switches 50, 51 of the second phase shift circuit 5 share a single substrate, in this case the first dielectric substrate 6.
  • the first and second switches 40, 41; 50, 51 of the first and second phase shift circuits 4, 5 can be pin type diodes, MEMS (" Micro Electro-Mechanical Systems " in English), NEMS (" Nano Electro-Mechanical Systems " in English) .
  • Pin type diodes can be made from AlGaAs.
  • the first switch 40 of the first phase shift circuit 4 alternates between the on state and the off state, while, simultaneously, the second switch 41 of the first phase shift circuit 4 alternates between the off state and the on state.
  • the first and second switches 40, 41 belonging to the first phase shift circuit 4 have two opposite states, either on / off or off / on. On / on or blocked / blocked states are not allowed.
  • the first switch 50 of the second phase shift circuit 5 alternates between the on state and the off state, while, simultaneously, the second switch 51 of the second phase shift circuit 5 alternates between the off state and the off state. state passing.
  • the first and second switches 50, 51 belonging to the second phase shift circuit 5 present two opposite states, either on / blocked or blocked / on. On / on or blocked / blocked states are not allowed. As illustrated in the table below, it is therefore possible to obtain four phase states. The on state is noted “1" while the blocked state is noted “0".
  • the receiving antenna 2 and the transmitting antenna 3 are electrically connected to each other, in order to be able to feed them and to couple them, in part by means of an interconnection hole (" via " in English) main VP, preferably central, preferably metallic.
  • the main interconnection hole VP passes through an opening made in the ground plane PM.
  • the main via hole VP is not in contact with the ground plane PM so that the main via hole VP is electrically isolated from the ground plane PM.
  • the main interconnection hole VP is advantageously connected to the quarter wave lines 710.
  • the main interconnection hole VP has a diameter of the order of 150 ⁇ m. .
  • the main interconnection hole VP is preferably connected to the reception antenna 2 by a first connection point.
  • the main interconnection hole VP is preferably connected to the transmission antenna 3 by a second connection point.
  • the position of the first and second connection points varies according to the specific geometry of the reception and transmission antennas 2, 3 so as to excite the fundamental mode of resonance.
  • the first and second connection points are respectively located near the center of the receiving antenna 2 and of the transmitting antenna 3, that is to say in the center of the second sensing surface 21 of the antenna 2 and at the center of the second radiating surface 31 of the transmission antenna 3.
  • the first and second switches 40, 41 of the first phase shift circuit 4 extend on either side of the second connection point.
  • the first and second switches 50, 51 of the second phase shift circuit 5 extend on either side of the first connection point.
  • the main via hole VP passes through the first, second, and third dielectric substrates 6, 7, 8. Further, the main via hole VP connects the center of the second sensing surface 21 to the center of the second radiation surface 31 of the transmission antenna 3. The main via hole VP extends in a direction corresponding to the normal to the second capture surface 21, and to the normal to the second radiation surface 31.
  • the elementary cell 1 advantageously comprises a first bonding film FC1 arranged to bond the second surface 71 of the second dielectric substrate 7 on the second surface 61 of the first dielectric substrate 6.
  • the first bonding film FC1 is interposed between the first and second Dielectric substrates 6, 7.
  • the first bonding film FC1 may have a thickness of the order of 114 ⁇ m when the operating frequency is 29 GHz.
  • the elementary cell 1 advantageously comprises a second bonding film FC2 arranged to bond the second surface 81 of the third dielectric substrate 8 to the first surface 70 of the second dielectric substrate 7.
  • the second bonding film FC2 is interposed between the second and third Dielectric substrates 7, 8.
  • the second bonding film FC1 may have a thickness of the order of 114 ⁇ m when the operating frequency is 29 GHz.
  • the first and second bonding films FC1, FC2 can be made from a material of thermoplastic copolymer type such as chlorotrifluoroethylene (CTFE).
  • CTFE chlorotrifluoroethylene
  • Examples of commercial bonding films are CuClad® 6700.
  • main interconnection hole VP also passes through the first and second adhesive films FC1, FC2.
  • the transmitter network RT comprises at least one source of radiation S, preferably emitting in a spectral range between 4 GHz and 170 GHz.
  • the source or sources of radiation S are arranged to irradiate a set of elementary cells 1.
  • the transmission band is relatively wide (> 10%) and the insertion losses are low ( ⁇ 3 dB).
  • the invention is not limited to the embodiments disclosed. Those skilled in the art are able to consider their technically operative combinations.

Landscapes

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

Description

    Domaine technique
  • L'invention concerne une cellule élémentaire d'un réseau transmetteur pour une antenne reconfigurable à une fréquence de fonctionnement, de préférence comprise entre 4 GHz et 170 GHz. L'invention concerne également une antenne reconfigurable comportant un réseau transmetteur comprenant de telles cellules élémentaires.
  • Par « reconfigurable », on entend qu'au moins une caractéristique de l'antenne peut être modifiée au cours de sa durée de vie, après sa fabrication. La ou les caractéristiques généralement modifiables sont la réponse fréquentielle (en amplitude et en phase), le diagramme de rayonnement (appelé également faisceau), et la polarisation. La reconfiguration de la réponse fréquentielle couvre différentes fonctionnalités telles que la commutation de fréquences, l'accord en fréquence, la variation de bande passante, le déphasage, le filtrage fréquentiel etc. La reconfiguration du diagramme de rayonnement couvre différentes fonctionnalités telles que le balayage angulaire de la direction de pointage du faisceau (appelé également dépointage), l'ouverture du faisceau (c'est-à-dire la concentration du rayonnement suivant une direction particulière), le filtrage spatial, la formation d'un faisceau ou d'un multifaisceau (par exemple plusieurs faisceaux étroits remplaçant un faisceau large) etc.
  • Concernant la reconfiguration du diagramme de rayonnement, il existe différents types d'antenne reconfigurable, notamment :
    • une antenne réseau à commande de phase (« Phased array antenna » en langue anglaise),
    • une antenne à réseau réflecteur (« Reflectarray antenna » en langue anglaise),
    • une antenne à réseau transmetteur (« Transmitarray antenna » en langue anglaise).
  • Le domaine technique de l'invention concerne plus précisément une antenne reconfigurable de type réseau transmetteur.
  • De telles antennes reconfigurables sont particulièrement avantageusement à partir de la bande C (4-8 GHz) jusqu'à la bande D (110-170 GHz) pour les applications suivantes :
    • radars automobiles d'assistance et d'aide à la conduite, dans une perspective de sécurité active,
    • systèmes d'imagerie et de surveillance à très haute résolution,
    • systèmes de communications à très haut débit en ondes millimétriques (communications inter-bâtiments ou intra-bâtiments en environnement domotique ou immotique, lien courte portée),
    • liaisons de télémesure sol-satellite en orbite basse LEO (pour « Low Earth Orbit » en langue anglaise) en bande Ka, télécommunications par satellite avec source primaire reconfigurable (SOTM™ pour « Satcom-on-the-Move » en langue anglaise, Internet, Télévision etc.),
    • systèmes de liaison point-à-point et point-à-multipoint (réseaux métropolitains, systèmes « Fronthaul » et « Backhaul » pour les réseaux cellulaires, accès radio pour les réseaux mobiles de cinquième génération etc.).
    Etat de la technique antérieure
  • Une cellule élémentaire d'un réseau transmetteur pour une antenne reconfigurable, connue de l'état de la technique, notamment du document WO 2012/085067 , comporte :
    • une antenne de réception, planaire, destinée à recevoir une onde incidente ;
    • une antenne de transmission, planaire, destinée à transmettre l'onde incidente avec un déphasage, et comprenant des première et deuxième surfaces de rayonnement disjointes ;
    • un circuit de déphasage, configuré pour définir un couple d'états de phase pour l'onde incidente ; le circuit de déphasage comprenant des premier et second commutateurs présentant respectivement un état passant et un état bloqué, en alternance ; les états passant ou bloqué correspondant à une circulation d'un courant, respectivement autorisée ou bloquée, entre les première et deuxième surfaces de rayonnement disjointes de l'antenne de transmission.
  • Une telle cellule élémentaire de l'état de la technique n'est pas entièrement satisfaisante dans la mesure où elle ne peut générer que deux états de phase pour la transmission de l'onde incidente. Les deux états de phase sont séparés de 180° dans la mesure où les premier et second commutateurs, présentant respectivement un état passant et un état bloqué et commandés en alternance, excitent l'antenne de transmission en phase ou en opposition de phase avec l'antenne de réception. En d'autres termes, la phase de transmission est contrôlée avec une quantification de 1 bit, c'est-à-dire deux états de phase à 0° ou 180°. Cette quantification sur 1 bit est susceptible de limiter les performances de l'antenne reconfigurable de type réseau transmetteur, notamment en termes de directivité, et par conséquent de gain, et de niveau des lobes secondaires (SLL pour « Side Lobe Level » en langue anglaise).
  • Des cellules élémentaires pour des réseaux transmetteurs connues de l'état de la technique sont aussi divulguées dans les documents suivants:
    • Exposé de l'invention
  • L'invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet une cellule élémentaire d'un réseau transmetteur pour une antenne reconfigurable à une fréquence de fonctionnement, la cellule élémentaire comportant :
    • une antenne de réception, planaire, destinée à recevoir une onde incidente ;
    • une antenne de transmission, planaire, destinée à transmettre l'onde incidente avec un déphasage, et comprenant des première et deuxième surfaces de rayonnement disjointes ;
    • un premier circuit de déphasage, configuré pour définir un premier couple d'états de phase pour l'onde incidente ; le premier circuit de déphasage comprenant des premier et second commutateurs présentant respectivement un état passant et un état bloqué, en alternance; les états passant ou bloqué des premier et second commutateurs du premier circuit de déphasage correspondant à une circulation d'un courant, respectivement autorisée ou bloquée, entre les première et deuxième surfaces de rayonnement disjointes de l'antenne de transmission ;
    la cellule élémentaire étant remarquable en ce que l'antenne de réception comprend des première et deuxième surfaces de captation disjointes ; et en ce que la cellule élémentaire comporte un deuxième circuit de déphasage, configuré pour définir un second couple d'états de phase pour l'onde incidente ; le deuxième circuit de déphasage comprenant des premier et second commutateurs présentant respectivement un état passant et un état bloqué, en alternance; les états passant ou bloqué des premier et second commutateurs du deuxième circuit de déphasage correspondant à une circulation d'un courant, respectivement autorisée ou bloquée, entre les première et deuxième surfaces de captation disjointes de l'antenne de réception.
  • Ainsi, une telle cellule élémentaire selon l'invention permet, grâce à une telle antenne de réception et au deuxième circuit de déphasage, d'obtenir un deuxième couple d'états de phase pour la transmission de l'onde incidente. Une telle cellule élémentaire peut donc générer quatre états de phase pour la transmission de l'onde incidente. Les états de phase au sein de chaque couple sont séparés de 180° dans la mesure où les commutateurs des premier et deuxième circuits de déphasage excitent l'antenne de transmission (respectivement l'antenne de réception) en phase ou en opposition de phase avec l'antenne de réception (respectivement l'antenne de transmission). En d'autres termes, la phase de transmission est contrôlée avec une quantification de 2 bits, et non simplement 1 bit comme dans l'état de la technique. Cette quantification sur 2 bits permet d'envisager une amélioration des performances de l'antenne reconfigurable de type réseau transmetteur, notamment en termes de directivité, et par conséquent de gain, et de niveau de lobes secondaires.
    • Définitions
    • Par « disjointes», on entend que les première et deuxième surfaces de rayonnement (et de captation) sont séparées entre elles par une zone de séparation de manière à être électriquement isolées.
    • Par « en alternance », on entend que le premier commutateur alterne entre l'état passant et l'état bloqué, tandis que, simultanément, le second commutateur appartenant au même circuit de déphasage alterne entre l'état bloqué et l'état passant. En d'autres termes, à tout instant, les premier et second commutateurs appartenant au même circuit de déphasage présentent deux états opposés, soit passant/bloqué, soit bloqué/passant. Les états passant/passant ou bloqué/bloqué ne sont pas autorisés.
  • La cellule élémentaire selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la cellule élémentaire comporte une ligne à retard configurée de sorte que le second couple d'états de phase est déphasé de 90° par rapport au premier couple d'états de phase.
  • Par « ligne », on entend une piste réalisée dans un matériau électriquement conducteur.
  • Par « électriquement conducteur », on entend que le matériau présente une conductivité électrique à 300 K supérieure à 103 S/cm.
  • Ainsi, un avantage procuré est d'obtenir les quatre états de phase suivants : 0°, 90°, 180° et 270°. Ces quatre états de phase sont particulièrement avantageux car ils permettent d'améliorer la capacité de focalisation du réseau transmetteur et par conséquent le gain.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la ligne à retard s'étend à partir de l'antenne de réception.
  • Ainsi, il est préférable d'intégrer la ligne à retard avec l'antenne de réception plutôt qu'au sein des circuits de déphasage. En effet, la ligne à retard présente une longueur adaptée au déphasage souhaité. En cas de correction ou de modification du déphasage souhaité, l'antenne de réception demeure facilement accessible pour modifier la ligne à retard, au contraire des circuits de déphasage agencés au sein de l'architecture de la cellule élémentaire.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la cellule élémentaire comporte un premier substrat diélectrique comprenant :
    • une première surface, munie de l'antenne de réception ;
    • une seconde surface, opposée à la première surface, et munie de lignes de polarisation agencées pour polariser les premier et second commutateurs du deuxième circuit de déphasage.
  • Par « substrat diélectrique », on entend un substrat réalisé dans un matériau présentant une conductivité électrique à 300 K inférieure à 10-8 S/cm.
  • Ainsi, un avantage procuré est d'autoriser une polarisation des commutateurs avec un encombrement minimal, et sans perturber le diagramme de captation de l'antenne de réception.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la cellule élémentaire comporte un deuxième substrat diélectrique comprenant :
    • une première surface, munie d'un plan de masse ;
    • une seconde surface, opposée à la première surface.
  • Ainsi, un avantage procuré par le plan de masse est de former un blindage électromagnétique entre l'antenne de réception et l'antenne de transmission.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la seconde surface du deuxième substrat diélectrique est munie de lignes quart d'onde électriquement connectées au plan de masse.
  • Par « ligne quart d'onde », on entend une ligne possédant une longueur égale au quart de la longueur d'onde de fonctionnement de l'antenne.
  • Ainsi, un avantage procuré par de telles lignes est de former un circuit ouvert (impédance tend vers l'infini) à la fréquence de fonctionnement.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la cellule élémentaire comporte un premier film de collage agencé pour coller la seconde surface du deuxième substrat diélectrique sur la seconde surface du premier substrat diélectrique.
  • Ainsi, un avantage procuré par un tel film de collage est de pouvoir solidariser les premier et deuxième substrats diélectriques avec un encombrement minimal.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la cellule élémentaire comporte un troisième substrat diélectrique comprenant :
    • une première surface, munie de l'antenne de transmission ;
    • une seconde surface, opposée à la première surface, et munie de lignes de polarisation agencées pour polariser les premier et second commutateurs du premier circuit de déphasage.
  • Ainsi, un avantage procuré est d'autoriser une polarisation des commutateurs avec un encombrement minimal, et sans perturber le diagramme de rayonnement de l'antenne de transmission.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la cellule élémentaire comporte un second film de collage agencé pour coller la seconde surface du troisième substrat diélectrique sur la première surface du deuxième substrat diélectrique.
  • Ainsi, un avantage procuré par un tel film de collage est de pouvoir solidariser les deuxième et troisième substrats diélectriques avec un encombrement minimal.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la cellule élémentaire comporte un trou d'interconnexion principal, agencé pour connecter électriquement l'antenne de réception et l'antenne de transmission ; le trou d'interconnexion principal traversant les premier, deuxième, et troisième substrats diélectriques ainsi que les premier et second films de collage ; le trou d'interconnexion principal étant électriquement isolé du plan de masse ; le trou d'interconnexion principal étant connecté aux lignes quart d'onde.
  • L'invention a également pour objet une antenne reconfigurable à une fréquence de fonctionnement, comportant un réseau transmetteur comprenant un ensemble de cellules élémentaires conformes à l'invention.
    • Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans l'exposé détaillé de différents modes de réalisation de l'invention, l'exposé étant assorti d'exemples et de référence aux dessins joints.
    • Figure 1 est une vue schématique d'une antenne reconfigurable à réseau transmetteur.
    • Figure 2 est une vue schématique en coupe d'une cellule élémentaire selon l'invention.
    • Figure 3 est une vue schématique en perspective éclatée et en transparence d'une cellule élémentaire selon l'invention.
    • Figure 4 est une vue schématique partielle, de dessus, d'une cellule élémentaire selon l'invention, illustrant la première surface du deuxième substrat diélectrique munie d'un plan de masse.
    • Figure 5 est une vue schématique partielle, de dessus, d'une cellule élémentaire selon l'invention, illustrant la seconde surface du deuxième substrat diélectrique munie de lignes quart d'onde.
    • Figure 6 est une vue schématique partielle, de dessus, d'une cellule élémentaire selon l'invention, illustrant la seconde surface du premier substrat diélectrique munie de lignes de polarisation des commutateurs.
    • Figure 7 est une vue schématique partielle, de dessus, d'une cellule élémentaire selon l'invention, illustrant la première surface du premier substrat diélectrique munie d'une antenne de réception.
    Exposé détaillé des modes de réalisation
  • Les éléments identiques ou assurant la même fonction porteront les mêmes références pour les différents modes de réalisation, par souci de simplification.
  • Un objet de l'invention est une cellule élémentaire 1 d'un réseau transmetteur RT pour une antenne reconfigurable à une fréquence de fonctionnement, la cellule élémentaire 1 comportant :
    • une antenne de réception 2, planaire, destinée à recevoir une onde incidente Ei ;
    • une antenne de transmission 3, planaire, destinée à transmettre l'onde incidente Ei avec un déphasage (l'onde transmise Et déphasée étant illustrée à la figure 1), et comprenant des première et deuxième surfaces de rayonnement 30, 31 disjointes ;
    • un premier circuit de déphasage 4, configuré pour définir un premier couple d'états de phase pour l'onde incidente Ei ; le premier circuit de déphasage 4 comprenant des premier et second commutateurs 40, 41 présentant respectivement un état passant et un état bloqué, en alternance ; les états passant ou bloqué correspondant à une circulation d'un courant, respectivement autorisée ou bloquée, entre les première et deuxième surfaces de rayonnement 30, 31 disjointes de l'antenne de transmission 3 ;
    la cellule élémentaire 1 étant remarquable en ce que l'antenne de réception 2 comprend des première et deuxième surfaces de captation 20, 21 disjointes ; et en ce que la cellule élémentaire 1 comporte un deuxième circuit de déphasage 5, configuré pour définir un second couple d'états de phase pour l'onde incidente Ei; le deuxième circuit de déphasage 5 comprenant des premier et second commutateurs 50, 51 présentant respectivement un état passant et un état bloqué, en alternance ; les états passant ou bloqué correspondant à une circulation d'un courant, respectivement autorisée ou bloquée, entre les première et deuxième surfaces de captation 20, 21 disjointes de l'antenne de réception 2. Antenne de réception
  • La cellule élémentaire 1 comporte avantageusement un premier substrat diélectrique 6 comprenant :
    • une première surface 60, munie de l'antenne de réception 2 ;
    • une seconde surface 61, opposée à la première surface 60, et munie de lignes de polarisation 610 agencées pour polariser les premier et second commutateurs 50, 51 du deuxième circuit de déphasage 5.
  • A titre d'exemple non limitatif, le premier substrat diélectrique 6 peut présenter une épaisseur de l'ordre de 254 µm lorsque la fréquence de fonctionnement est 29 GHz. A titre d'exemple non limitatif, le premier substrat diélectrique 6 peut être réalisé dans un matériau commercial tel que le RT/duroid® 6002.
  • L'antenne de réception 2 est une antenne planaire («patch» en langue anglaise). Les première et deuxième surfaces de captation 20, 21 sont agencées pour capter l'onde incidente Ei. Les première et deuxième surfaces de captation 20, 21 sont disjointes au sens où elles sont séparées entre elles par une zone de séparation ZS1 de manière à être électriquement isolées entre elles. A cet effet, une fente est avantageusement ménagée dans l'antenne de réception 2 pour isoler électriquement les première et deuxième surfaces de captation 20, 21. La fente définit la zone de séparation ZS1. La fente est préférentiellement annulaire, à section rectangulaire. Bien entendu, d'autres formes sont envisageables pour la fente, telles qu'une forme elliptique ou circulaire. Selon une variante d'exécution, l'isolation électrique des première et deuxième surfaces de captation 20, 21 peut être assurée par un matériau diélectrique.
  • Les première et deuxième surfaces de captation 20, 21 présentent avantageusement un axe de symétrie afin de ne pas dégrader la polarisation de l'onde incidente Ei. La première surface de captation 20 forme préférentiellement un anneau à section rectangulaire. La deuxième surface de captation 21 forme préférentiellement une bande rectangulaire. La deuxième surface de captation 21 est avantageusement circonscrite par la première surface de captation 20 afin d'éviter la formation de courants parasites. Les première et deuxième surfaces de captation 20, 21 sont préférentiellement réalisées dans un matériau métallique, plus préférentiellement le cuivre. Des surfaces de captation additionnelles peuvent être avantageusement empilées sur les première et deuxième surfaces de captation 20, 21 afin d'augmenter la bande passante de l'antenne de réception 2.
  • La cellule élémentaire 1 comporte avantageusement une ligne à retard LR configurée de sorte que le second couple d'états de phase est déphasé de 90° par rapport au premier couple d'états de phase. Pour ce faire, la ligne à retard LR présente une longueur adaptée de sorte que le second couple d'états de phase est déphasé de 90° par rapport au premier couple d'états de phase. La ligne à retard LR s'étend avantageusement à partir de l'antenne de réception 2. Plus précisément, comme illustré à la figure 3, la ligne à retard LR s'étend à partir de la première surface de captation 20 de l'antenne de réception 2. La ligne à retard LR est préférentiellement réalisée dans un matériau métallique, plus préférentiellement le cuivre.
    • Plan de masse
  • La cellule élémentaire 1 comporte avantageusement un deuxième substrat diélectrique 7 comprenant :
    • une première surface 70, munie d'un plan de masse PM ;
    • une seconde surface 71, opposée à la première surface 70.
  • A titre d'exemple non limitatif, le deuxième substrat diélectrique 7 peut présenter une épaisseur de l'ordre de 254 µm lorsque la fréquence de fonctionnement est 29 GHz. A titre d'exemple non limitatif, le deuxième substrat diélectrique 7 peut être réalisé dans un matériau commercial tel que le RT/duroid® 6002.
  • Le plan de masse PM est préférentiellement réalisé dans un matériau métallique, plus préférentiellement le cuivre. A titre d'exemple non limitatif, le plan de masse PM peut présenter une épaisseur de l'ordre de 17) µm lorsque la fréquence de fonctionnement est 29 GHz.
  • La seconde surface 71 du deuxième substrat diélectrique 7 est avantageusement munie de lignes quart d'onde 710 électriquement connectées au plan de masse PM par l'intermédiaire d'un trou d'interconnexion 711 traversant le deuxième substrat diélectrique 7. Les lignes quart d'onde 710 sont préférentiellement réalisées dans un matériau métallique, plus préférentiellement le cuivre.
    • Antenne de transmission
  • La cellule élémentaire 1 comporte avantageusement un troisième substrat diélectrique 8 comprenant :
    • une première surface 80, munie de l'antenne de transmission 3 ;
    • une seconde surface 81, opposée à la première surface 80, et munie de lignes de polarisation 810 agencées pour polariser les premier et second commutateurs 40, 41 du premier circuit de déphasage 4.
  • A titre d'exemple non limitatif, le troisième substrat diélectrique 8 peut présenter une épaisseur de l'ordre de 508 µm lorsque la fréquence de fonctionnement est 29 GHz. A titre d'exemple non limitatif, le troisième substrat diélectrique 8 peut être réalisé dans un matériau commercial tel que le RT/duroid® 6002.
  • L'antenne de transmission 3 est une antenne planaire (« patch » en langue anglaise). Les première et deuxième surfaces de rayonnement 30, 31 sont disjointes au sens où elles sont séparées entre elles par une zone de séparation ZS2 de manière à être électriquement isolées entre elles. A cet effet, une fente est avantageusement ménagée dans l'antenne de transmission 3 pour isoler électriquement les première et deuxième surfaces de rayonnement 30, 31. La fente définit la zone de séparation ZS2. La fente est préférentiellement annulaire, à section rectangulaire. Bien entendu, d'autres formes sont envisageables pour la fente, telles qu'une forme elliptique ou circulaire. Selon une variante d'exécution, l'isolation électrique des première et deuxième surfaces de rayonnement 30, 31 peut être assurée par un matériau diélectrique.
  • Les première et deuxième surfaces de rayonnement 30, 31 présentent avantageusement un axe de symétrie afin de ne pas dégrader la polarisation de l'onde transmise Et par l'antenne de transmission 3 en minimisant l'excitation de modes de résonance non désirés. La première surface de rayonnement 30 forme préférentiellement un anneau à section rectangulaire. La deuxième surface de rayonnement 31 forme préférentiellement une bande rectangulaire. La deuxième surface de rayonnement 31 est avantageusement circonscrite par la première surface de rayonnement 30 afin d'éviter la formation de courants parasites. Les première et deuxième surfaces de rayonnement 30, 31 sont préférentiellement réalisées dans un matériau métallique, plus préférentiellement le cuivre. Des surfaces de rayonnement additionnelles peuvent être avantageusement empilées sur les première et deuxième surfaces de rayonnement 30, 31 afin d'augmenter la bande passante de l'antenne de transmission 3.
  • L'antenne de réception 2 et l'antenne de transmission 3 peuvent avantageusement être orientées l'une par rapport à l'autre de manière à modifier la polarisation de l'onde incidente Ei. Ainsi, une rotation de l'antenne de transmission 3 de 90° relativement à l'antenne de réception 2 permet de passer, par exemple, d'une polarisation verticale de l'onde incidente Ei à une polarisation horizontale de l'onde transmise Et.
    • Circuits de déphasage
  • Le premier circuit de déphasage 4 comporte des lignes de polarisation 810 agencées pour polariser les premier et second commutateurs 40, 41. Les lignes de polarisation 810 sont des pistes électriquement conductrices, formant des moyens de commande des premier et second commutateurs 40, 41. Les lignes de polarisation 810 sont préférentiellement réalisées dans un matériau métallique, plus préférentiellement le cuivre. Comme évoqué précédemment, les lignes de polarisation 810 du premier circuit de déphasage 4 sont avantageusement agencées à la seconde surface 81 du troisième substrat diélectrique 8. Les lignes de polarisation 810 du premier circuit de déphasage 4 sont électriquement connectées à l'antenne de transmission 3, plus précisément à la première surface de rayonnement 30 de l'antenne de transmission 3, par l'intermédiaire d'un trou d'interconnexion 811 traversant le troisième substrat diélectrique 8. Comme illustré à la figure 3, les lignes de polarisation 810 du premier circuit de déphasage 4 peuvent être reliées à des plots de contact ou circuits de découplage 812. Les plots de contact ou circuits de découplage 812 sont préférentiellement réalisés dans un matériau métallique, plus préférentiellement le cuivre.
  • De la même façon, le deuxième circuit de déphasage 5 comporte des lignes de polarisation 610 agencées pour polariser les premier et second commutateurs 50, 51. Les lignes de polarisation 610 sont des pistes électriquement conductrices, formant des moyens de commande des premier et second commutateurs 50, 51. Les lignes de polarisation 610 sont préférentiellement réalisées dans un matériau métallique, plus préférentiellement le cuivre. Comme évoqué précédemment, les lignes de polarisation 610 du deuxième circuit de déphasage 5 sont avantageusement agencées à la seconde surface 61 du premier substrat diélectrique 6. Les lignes de polarisation 610 du deuxième circuit de déphasage 5 sont électriquement connectées à l'antenne de réception 2, plus précisément à la première surface de captation 20 de l'antenne de réception 2, par l'intermédiaire d'un trou d'interconnexion 611 traversant le premier substrat diélectrique 6. Comme illustré aux figures 3 et 6, les lignes de polarisation 610 du deuxième circuit de déphasage sont avantageusement reliées à des circuits de découplage 612. Les circuits de découplage 612 sont préférentiellement réalisés dans un matériau métallique, plus préférentiellement le cuivre.
  • Les premier et second commutateurs 40, 41 du premier circuit de déphasage 4 peuvent s'étendre sur les première et deuxième surfaces de rayonnement 30, 31 de l'antenne de transmission 3. A titre de variante, les premier et second commutateurs 40, 41 du premier circuit de déphasage 4 peuvent être formés à la première surface 80 du troisième substrat diélectrique 8, dans la zone de séparation ZS2 des première et deuxième surfaces de rayonnement 30, 31 de l'antenne de transmission 3. Les premier et second commutateurs 40, 41 du premier circuit de déphasage 4 sont avantageusement formés à la première surface 80 du troisième substrat diélectrique 8, dans la zone de séparation ZS2, de manière monolithique avec l'antenne de transmission 3. Par « monolithique », on entend que l'antenne de transmission 3 et les premier et second commutateurs 40, 41 du premier circuit de déphasage 4 partagent un unique substrat, en l'espèce le troisième substrat diélectrique 8. Les premier et second commutateurs 50, 51 du deuxième circuit de déphasage 5 peuvent s'étendre sur les première et deuxième surfaces de captation 20, 21 de l'antenne de réception 2. A titre de variante, les premier et second commutateurs 50, 51 du deuxième circuit de déphasage 5 peuvent être formés à la première surface 60 du premier substrat diélectrique 6, dans la zone de séparation ZS1 des première et deuxième surfaces de captation 20, 21 de l'antenne de réception 2. Les premier et second commutateurs 50, 51 du deuxième circuit de déphasage 5 sont avantageusement formés à la première surface 60 du premier substrat diélectrique 6, dans la zone de séparation ZS1, de manière monolithique avec l'antenne de réception 2. Par « monolithique », on entend que l'antenne de réception 2 et les premier et second commutateurs 50, 51 du deuxième circuit de déphasage 5 partagent un unique substrat, en l'espèce le premier substrat diélectrique 6.
  • A titre d'exemples non limitatifs, les premier et second commutateurs 40, 41 ; 50, 51 des premier et deuxième circuits de déphasage 4, 5 peuvent être des diodes de type p-i-n, des MEMS (« Micro Electro-Mechanical Systems » en langue anglaise), des NEMS (« Nano Electro-Mechanical Systems » en langue anglaise). Les diodes de type p-i-n peuvent être réalisées en AlGaAs.
  • D'autres formes d'exécution sont envisageables pour les commutateurs. A titre d'exemples non limitatifs, des commutateurs radiofréquence de type diodes, transistors, photodiodes, phototransistor sont possibles. Le choix d'un dispositif pour commander les commutateurs dépend de la technologie choisie. A titre d'exemples, les dispositifs suivants peuvent être utilisés :
    • une fibre optique pour un commutateur de type photoélectrique,
    • un faisceau laser généré par des moyens extérieurs et excitant un commutateur de type photoélectrique,
    • une onde électromagnétique selon les principes de la télé-alimentation connus du domaine de la RFID (« Radio Frequency Identification » en langue anglaise).
  • Le premier commutateur 40 du premier circuit de déphasage 4 alterne entre l'état passant et l'état bloqué, tandis que, simultanément, le second commutateur 41 du premier circuit de déphasage 4 alterne entre l'état bloqué et l'état passant. En d'autres termes, à tout instant, les premier et second commutateurs 40, 41 appartenant au premier circuit de déphasage 4 présentent deux états opposés, soit passant/bloqué, soit bloqué/passant. Les états passant/passant ou bloqué/bloqué ne sont pas autorisés. De la même façon, le premier commutateur 50 du deuxième circuit de déphasage 5 alterne entre l'état passant et l'état bloqué, tandis que, simultanément, le second commutateur 51 du deuxième circuit de déphasage 5 alterne entre l'état bloqué et l'état passant. En d'autres termes, à tout instant, les premier et second commutateurs 50, 51 appartenant au deuxième circuit de déphasage 5 présentent deux états opposés, soit passant/bloqué, soit bloqué/passant. Les états passant/passant ou bloqué/bloqué ne sont pas autorisés. Comme illustré dans le tableau ci-après, il est donc possible d'obtenir quatre états de phase. L'état passant est noté « 1 » tandis que l'état bloqué est noté «0 ».
    Premier Commutateur 40 Second Commutateur 41 Premier Commutateur 50 Second Commutateur 51 Etat de phase
    1 0 1 0 0°
    1 0 0 1 90°
    0 1 1 0 180°
    0 1 0 1 270°
    • Connexion électrique entre les antennes de réception et de transmission
  • L'antenne de réception 2 et l'antenne de transmission 3 sont électriquement connectées entre elles, afin de pouvoir les alimenter et de les coupler, en partie par l'intermédiaire d'un trou d'interconnexion (« via » en langue anglaise) principal VP, de préférence central, de préférence métallique. Le trou d'interconnexion principal VP traverse une ouverture ménagée dans le plan de masse PM. Le trou d'interconnexion principal VP n'est pas en contact avec le plan de masse PM de sorte que le trou d'interconnexion principal VP est électriquement isolé du plan de masse PM. Le trou d'interconnexion principal VP est avantageusement connecté aux lignes quart d'onde 710. A titre d'exemple, pour une fréquence de fonctionnement de 29 GHz, le trou d'interconnexion principal VP présente un diamètre de l'ordre de 150 µm.
  • Le trou d'interconnexion principal VP est préférentiellement connecté à l'antenne de réception 2 par un premier point de connexion. Le trou d'interconnexion principal VP est préférentiellement connecté à l'antenne de transmission 3 par un second point de connexion. De manière générale, la position des premier et second points de connexion varie selon la géométrie spécifique des antennes de réception et de transmission 2, 3 de manière à exciter le mode fondamental de résonance. Dans le cas des géométries illustrées à la figure 3, les premier et second points de connexion sont respectivement situés près du centre de l'antenne de réception 2 et de l'antenne de transmission 3, c'est-à-dire au centre de la deuxième surface de captation 21 de l'antenne de réception 2 et au centre de la deuxième surface de rayonnement 31 de l'antenne de transmission 3. Les premier et second commutateurs 40, 41 du premier circuit de déphasage 4 s'étendent de part et d'autre du second point de connexion. Les premier et second commutateurs 50, 51 du deuxième circuit de déphasage 5 s'étendent de part et d'autre du premier point de connexion.
  • Plus précisément, le trou d'interconnexion principal VP traverse les premier, deuxième, et troisième substrats diélectriques 6, 7, 8. En outre, le trou d'interconnexion principal VP relie le centre de la deuxième surface de captation 21 au centre de la deuxième surface de rayonnement 31 de l'antenne de transmission 3. Le trou d'interconnexion principal VP s'étend suivant une direction correspondant à la normale à la deuxième surface de captation 21, et à la normale à la deuxième surface de rayonnement 31.
    • Films de collage
  • La cellule élémentaire 1 comporte avantageusement un premier film de collage FC1 agencé pour coller la seconde surface 71 du deuxième substrat diélectrique 7 sur la seconde surface 61 du premier substrat diélectrique 6. Ainsi, le premier film de collage FC1 est interposé entre les premier et deuxième substrats diélectriques 6, 7. A titre d'exemple non limitatif, le premier film de collage FC1 peut présenter une épaisseur de l'ordre de 114 µm lorsque la fréquence de fonctionnement est 29 GHz.
  • La cellule élémentaire 1 comporte avantageusement un second film de collage FC2 agencé pour coller la seconde surface 81 du troisième substrat diélectrique 8 sur la première surface 70 du deuxième substrat diélectrique 7. Ainsi, le second film de collage FC2 est interposé entre les deuxième et troisième substrats diélectriques 7, 8. A titre d'exemple non limitatif, le second film de collage FC1 peut présenter une épaisseur de l'ordre de 114 µm lorsque la fréquence de fonctionnement est 29 GHz.
  • A titre d'exemples non limitatifs, les premier et second films de collage FC1, FC2 peuvent être réalisés dans un matériau de type copolymère thermoplastique tel que le chlorotrifluoroéthylène (CTFE). On peut citer comme films de collage commerciaux le CuClad® 6700.
  • Il est à noter que le trou d'interconnexion principal VP traverse également les premier et second films de collage FC1, FC2.
    • Réseau transmetteur
  • Comme illustré à la figure 1, le réseau transmetteur RT comporte au moins une source de rayonnement S, émettant de préférence dans un domaine spectral compris entre 4 GHz et 170 GHz. La ou les sources de rayonnement S sont agencées pour irradier un ensemble de cellules élémentaires 1.
  • Les résultats obtenus pour l'architecture décrite aux figures 2 et 3 (trois substrats diélectriques 6, 7, 8 et six niveaux de métallisation), et à la fréquence de fonctionnement de 29 GHz, permettent par rapport à l'état de la technique et pour un réseau carré de 400 cellules élémentaires 1 :
    • d'augmenter la directivité de 2,3 dBi (décibel isotrope),
    • d'augmenter le gain de 2,3 dBi,
    • d'augmenter le SLL (« Side Lobe Level ») de 5,0 dB.
  • En outre, la bande de transmission est relativement large (>10%) et les pertes d'insertion sont faibles (<3 dB).
  • L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation exposés. L'homme du métier est mis à même de considérer leurs combinaisons techniquement opérantes.

Claims (11)

  1. Cellule élémentaire (1) d'un réseau transmetteur (RT) pour une antenne reconfigurable à une fréquence de fonctionnement, la cellule élémentaire (1) comportant :
    - une antenne de réception (2), planaire, destinée à recevoir une onde incidente (Ei) ;
    - une antenne de transmission (3), planaire, destinée à transmettre l'onde incidente (Ei) avec un déphasage, et comprenant des première et deuxième surfaces de rayonnement (30, 31) disjointes ;
    - un premier circuit de déphasage (4), configuré pour définir un premier couple d'états de phase pour l'onde incidente (Ei) ; le premier circuit de déphasage (4) comprenant des premier et second commutateurs (40, 41) présentant respectivement un état passant et un état bloqué, en alternance ; les états passant ou bloqué des premier et second commutateurs (40, 41) du premier circuit de déphasage (4) correspondant à une circulation d'un courant, respectivement autorisée ou bloquée, entre les première et deuxième surfaces de rayonnement (30, 31) disjointes de l'antenne de transmission (3) ;
    la cellule élémentaire (1) étant caractérisée en ce que l'antenne de réception (2) comprend des première et deuxième surfaces de captation (20, 21) disjointes ; et en ce que la cellule élémentaire (1) comporte un deuxième circuit de déphasage (5), configuré pour définir un second couple d'états de phase pour l'onde incidente (Ei) ; le deuxième circuit de déphasage (5) comprenant des premier et second commutateurs (50, 51) présentant respectivement un état passant et un état bloqué, en alternance ; les états passant ou bloqué des premier et second commutateurs (50, 51) du deuxième circuit de déphasage (5) correspondant à une circulation d'un courant, respectivement autorisée ou bloquée, entre les première et deuxième surfaces de captation (20, 21) disjointes de l'antenne de réception (2).
  2. Cellule élémentaire (1) selon la revendication 1, comportant une ligne à retard (LR) configurée de sorte que le second couple d'états de phase est déphasé de 90° par rapport au premier couple d'états de phase.
  3. Cellule élémentaire (1) selon la revendication 2, dans laquelle la ligne à retard (LR) s'étend à partir de l'antenne de réception (2).
  4. Cellule élémentaire (1) selon l'une des revendications 1 à 3, comportant un premier substrat diélectrique (6) comprenant :
    - une première surface (60), munie de l'antenne de réception (2) ;
    - une seconde surface (61), opposée à la première surface (60), et munie de lignes de polarisation (610) agencées pour polariser les premier et second commutateurs (50, 51) du deuxième circuit de déphasage (5).
  5. Cellule élémentaire (1) selon la revendication 4, comportant un deuxième substrat diélectrique (7) comprenant :
    - une première surface (70), munie d'un plan de masse (PM) ;
    - une seconde surface (71), opposée à la première surface (70).
  6. Cellule élémentaire (1) selon la revendication 5, dans laquelle la seconde surface (71) du deuxième substrat diélectrique (7) est munie de lignes quart d'onde (710) électriquement connectées au plan de masse (PM).
  7. Cellule élémentaire (1) selon la revendication 5 ou 6, comportant un premier film de collage (FC1) agencé pour coller la seconde surface (71) du deuxième substrat diélectrique (7) sur la seconde surface (61) du premier substrat diélectrique (6).
  8. Cellule élémentaire (1) selon l'une des revendications 5 à 7, comportant un troisième substrat diélectrique (8) comprenant :
    - une première surface (80), munie de l'antenne de transmission (3) ;
    - une seconde surface (81), opposée à la première surface (80), et munie de lignes de polarisation (810) agencées pour polariser les premier et second commutateurs (40, 41) du premier circuit de déphasage (4).
  9. Cellule élémentaire (1) selon la revendication 8 en combinaison avec la revendication 7, comportant un second film de collage (FC2) agencé pour coller la seconde surface (81) du troisième substrat diélectrique (8) sur la première surface (70) du deuxième substrat diélectrique (7).
  10. Cellule élémentaire (1) selon la revendication 9 en combinaison avec la revendication 6, comportant un trou d'interconnexion principal (VP), agencé pour connecter électriquement l'antenne de réception (2) et l'antenne de transmission (3) ; le trou d'interconnexion principal (VP) traversant les premier, deuxième, et troisième substrats diélectriques (6, 7, 8) ainsi que les premier et second films de collage (FC1, FC2) ; le trou d'interconnexion principal (VP) étant électriquement isolé du plan de masse (PM) ; le trou d'interconnexion principal (VP) étant connecté aux lignes quart d'onde (710).
  11. Antenne reconfigurable à une fréquence de fonctionnement, comportant un réseau transmetteur (RT) comprenant un ensemble de cellules élémentaires (1) selon l'une des revendications 1 à 10.
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