EP3547449B1 - Dispositif de communication sans fil integrant une pluralite d'antennes-cornets sur un circuit imprime (pcb), procede de realisation et utilisation associes - Google Patents

Dispositif de communication sans fil integrant une pluralite d'antennes-cornets sur un circuit imprime (pcb), procede de realisation et utilisation associes Download PDF

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EP3547449B1
EP3547449B1 EP19164351.9A EP19164351A EP3547449B1 EP 3547449 B1 EP3547449 B1 EP 3547449B1 EP 19164351 A EP19164351 A EP 19164351A EP 3547449 B1 EP3547449 B1 EP 3547449B1
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EP
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pcb
horn antenna
plane
wireless communication
communication device
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Guillaume Fondi de Niort
Cyril Barbier
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Radiall SA
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    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns
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    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems

Definitions

  • the present invention relates to wireless communications devices with horn antenna(s), more particularly intended to ensure communications in the millimetric frequency bands.
  • the invention aims more particularly to improve the integration of one or more horn antennas on a printed circuit (in English " Printed Circuit Board” acronym PCB).
  • V band the frequency band of the order of 60 GHz, called V band, is a preferential solution, due to its frequency bandwidth, of the order of 10 GHz, making it possible to obtain data rates up to 6 Gbps.
  • Such a speed is appreciable for making wireless links for short ranges, typically of the order of a meter, which can replace wired solutions, such as as HDMI (acronym for “ High Definition Multimedia Interface ”) or USB-C (Acronym for Universal Serial Bus Type C).
  • antennas because they constitute essential components in the transmission-reception systems.
  • miniaturization and performance of antennas are essential for their integration into current and future transceivers.
  • a horn antenna can constitute a response to this demand by its intrinsic compactness, its good radio performance, but above all by its low losses in the millimetric frequency bands.
  • a horn antenna is a guide device with progressive section consisting of a straight waveguide, for example of rectangular section, extended at one of its ends by a radiating opening of the general shape of a truncated cone or truncated pyramid.
  • An advantageous type of horn antenna is one with one or more ribs inside the aperture, which increases the bandwidth of the antenna.
  • the patent US4613989 discloses a detector for alerting the presence of police radars which transmit signals in the X band or the K band, which comprises a horn antenna, a PCB being attached and fixed by screwing on the top of the horn antenna.
  • US5317329 describes a microwave detector with PCB comprising an electrically conductive microline on an insulating substrate, on which is mounted by screwing a horn antenna.
  • US2008/007444 discloses a detector of police radar signals, in the X and K bands, in which two half-shells forming a housing are assembled to each other by screwing to house the digital PCB circuits, the two half-shells assembled forming a horn antenna.
  • EP0884854 relates to a microwave guide detector with a PCB on which is fixed by screwing a metal component 12 forming a horn antenna.
  • the object of the invention is to meet this need at least in part.
  • the horn antenna is a surface-mounted component (CMS) via the flange(s) in plane-plane support and supported by the PCB support and fixed on the latter.
  • the horn antenna is arranged with the waveguide and the radiating aperture on either side of the PCB support and with each rib in direct contact or close to a PCB track, so as to allow a direct connection or a capacitive coupling between them.
  • the horn antenna is molded in one piece.
  • the invention essentially consists in defining a horn antenna whose structure allows it to be produced by integral molding of a usual material, in particular a metallized plastic or a zinc-based alloy, while being of small dimensions. Its rear shape with a recess at the level of the rectangular part of the waveguide as well as its fixing flanges, allow it to be mounted like a usual surface-mounted component (CMS) vertically to the PCB and makes it perfectly compatible with the related conventional processes of setting up by "pick-and-place".
  • CMS surface-mounted component
  • ribs make it possible to reduce the dimensions of the radiating aperture (horn) without having to implant an additional dielectric element, to generate the two types of horizontal and vertical polarizations, and to increase the purity of polarization.
  • the shape of the ribs can be easily optimized as desired to obtain the best possible performance for transmitting HF (Hyper Frequency) signals.
  • the CMS mounting of the horn antenna also makes it possible to have a very reduced overall height since the radiating opening can be centered on either side of the plane of the PCB support.
  • the so-called vertically polarized horn antenna has ribs arranged in the plane of symmetry of the end of its radiating aperture which is perpendicular to the plane of the PCB.
  • the so-called horizontally polarized horn antenna has ribs arranged in the plane of symmetry of the end of its radiating aperture which is parallel to the plane of the PCB.
  • the PCB comprises at least one notch, of complementary shapes with at least a part of the radiating opening from its small base, in which the radiating opening is recessed at least in part, the guide of right wave surrounding in the extension of the bottom of the notch at least one conductive track on the face of the PCB on which the horn antenna is mounted.
  • the horn antenna is adapted to radiate in the plane of the PCB.
  • the waveguide of each horn antenna has a recess, so as to give it an asymmetry.
  • the horn antenna can be advantageously centered on the plane of the PCB support, so that its height (H), defined by the height of the radiating aperture, is substantially distributed for half (H/2) of either side of said support plane.
  • Each horn antenna is preferably attached to the PCB support by soldering using a reflow or wave technique.
  • one of the ribs of the vertically polarized horn antenna is in direct contact with a printed track while the other of the ribs is at a distance from the printed track.
  • the two ribs of the horizontally polarized horn antenna being in direct contact with the two printed tracks.
  • step d/ is carried out simultaneously with other surface-mounted components on the PCB.
  • a wireless communication device intended to ensure transmission/reception of signals in the millimeter frequency bands, and more particularly at 60 GHz.
  • This device 1 firstly comprises a printed circuit PCB 2 with a dielectric support 20 with two flat faces 21, 22 parallel.
  • Two electrically conductive tracks 23, 24, conventionally made of copper, are made on the upper face 21 of the support 20.
  • the support 20 of the PCB is advantageously provided with metal zones 25 around the end of each of the tracks 23, 24 and with two notches 26, 27 made on one edge of the support 20.
  • these notches 26, 27 are in the general shape of an isosceles trapezium.
  • the bottom 28, 29 of these notches is arranged near the end of each of the tracks 23, 24.
  • the support 20 of the PCB supports an alternation of two horn antennas 3, 4, each molded in one piece, which are distinguished by the inner ribs 32, 33; 42, 43 they include, as explained below.
  • the horn antennas 3, 4 according to the invention can advantageously be made by injection molding of a metallized plastic or even of a metal alloy.
  • each antenna 3, 4 comprises a straight waveguide 30, 40 of rectangular section extended by a radiating aperture 31, 41 or horn in the form of a truncated pyramid.
  • the end of each horn 31, 41 has two planes of symmetry P1, P2 perpendicular to each other.
  • each straight waveguide 30, 40 has an asymmetry due to a recess 35, 45 on its lower part.
  • This offset 35, 45 allows vertical placement of each horn antenna on the support 20 of the PCB, advantageously compatible with a “pick & place” type assembly process.
  • Two ribs 32, 33 or 42, 43 extend facing each other in one of the planes of symmetry P1, P2, over at least part of the length of the waveguide 30, 40 and of the horn 31, 41.
  • Each antenna 3, 4 finally comprises peripheral zones 34, 44 around the waveguide 30, 40 and around part of the horn 31, 41. These peripheral zones 34, 44 form flanges for fixing or holding each horn antenna 3, 4 mounted in SMT surface component.
  • the flanges 34, 44 are in plane-plane support and supported by the support 20 while being fixed by brazing on the metal zones 25. Indeed, during placement by pick & place, the recess 35, 45 can come into below the support 20 of the PCB, and the flanges 34, 44 come into plane-plane abutment against the upper face 21 of the support 20.
  • Each horn antenna 3, 4 is embedded at least over part of the length of the horn 31, 41 in one of the notches 26, 27 of the support 20 of the PCB.
  • Each horn antenna 3, 4 is arranged with the waveguide 30, 40 and the horn on either side of the support 20 of the PCB.
  • the horn antenna is centered on the plane of the support 20 of the PCB so that its height H, defined by the height of the horn 31, 41, is substantially distributed for half H / 2 on either side of the plane of the support 20 of the PCB.
  • one of the planes of symmetry P1 of each antenna almost coincides with the plane of the support 20 of the PCB.
  • half H/2 of the height of the horn 31, 41 protrudes above the upper face 21 of the support 20 on which the antenna is mounted and the other half protrudes below the underside 22 of the support 20.
  • each rib is in direct contact or close to a PCB track.
  • the ribs 33, 42 and 43 of the antennas are in direct contact respectively with a track 23, 24 and 25.
  • the ribs 32, 33 of one are orthogonal to the plane of the support 20 of the PCB while the ribs 42, 43 of the adjacent one are arranged in the plane of the support 20 of the PCB.
  • the device 1 according to the invention which has just been described makes it possible to maintain a high or even very high bit rate, over a short transmission distance of signals in transmission or reception at 60 GHz, thanks to the juxtaposition of horn antennas with vertical polarization 3 and horizontal 4.
  • each antenna is isolated from the adjacent antenna and thus allows the transmission of a data stream quite distinct from the adjacent one.
  • the size of the device 1 is reduced, due on the one hand to the very small dimensions that it is possible to achieve for a horn antenna by production by molding, and on the other hand to the centering of the antenna whose horn is distributed half above the plane of the PCB support and the other half below the latter.
  • L ⁇ H ⁇ l dimensions L ⁇ H ⁇ l of the order of 7 ⁇ 3.5 ⁇ 7 mm.
  • the invention can also be applied to horns with a truncated cone section.
  • the support 20 of the PCB is advantageously provided with notches 26, 27 of shapes complementary to those of the horn 31, 41 of the antennas 3, 4 in order to optimize the size by embedding on at least part of the horns can be provided with a less important or more important embedding.
  • the opening face of the horn by which the transmission/reception of the signals is made is set back inside the PCB support.

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Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne les dispositifs de communications sans fil à antenne(s)-cornet(s), plus particulièrement destinés à assurer des communications dans les bandes de fréquences millimétriques.
  • L'invention vise plus particulièrement à améliorer l'intégration d'une ou plusieurs antennes cornets sur un circuit-imprimé (en anglais « Printed Circuit Board » d'acronyme PCB).
  • Elle concerne également le procédé de réalisation et une utilisation avantageuse associés.
    • Art antérieur
  • Dans le cadre des communications numériques sans fil, de nombreuses applications nécessitent le transfert de très gros volumes de données sans fil et à haut débit en un temps toujours plus faible entre différents objets communicants.
  • Cela se traduit par une demande de capacité de débit des systèmes de communication sans fil beaucoup plus grande. Une augmentation du débit est notamment nécessaire pour le développement de nouvelles applications, comme le « Wireless HD » qui doit rendre possible la transmission sans fil de gros volumes de données, telles que de la vidéo « non compressée» à haute définition à très haut débit, typiquement de 1 à 2 Gbits/s.
  • Cette demande a suscité l'émergence et le développement de nouvelles technologies de communication fonctionnant dans la bande des fréquences millimétriques, de 30 à 300 GHz afin d'assurer de forts débits, ces bandes de fréquence étant précédemment réservées essentiellement à des systèmes militaires ou scientifiques utilisant des technologies coûteuses.
  • En particulier, il semble admis que la bande de fréquence de l'ordre de 60 GHz, dite bande V, est une solution préférentielle, de par sa bande passante de fréquence, de l'ordre de 10 GHz, permettant d'obtenir des débits pouvant aller jusqu'à 6 Gbits/s.
  • Un tel débit est appréciable pour effectuer des liaisons sans fil pour des courtes portées, typiquement de l'ordre du mètre, qui peuvent remplacer des solutions filaires, telles que le HDMI (acronyme anglais pour « High Définition Multimedia Interface ») ou l'USB-C (Acronyme d'Universal Serial Bus Type C).
  • Le développement de ces nouvelles technologies de communication a donné lieu à la réalisation de circuits électroniques de plus en plus performants pour l'intégration de systèmes d'émission-réception millimétriques.
  • Ceci est aussi vrai pour les antennes car elles constituent des composants essentiels dans les systèmes d'émission-réception. Ainsi, la miniaturisation et les performances des antennes sont indispensables pour leur intégration aux émetteurs-récepteurs actuels et futurs.
  • Il est déjà connu qu'une antenne cornet peut constituer une réponse à cette demande par sa compacité intrinsèque, ses bonnes performances radioélectriques, mais surtout par ses faibles pertes dans les bandes de fréquences millimétriques.
  • On rappelle ici qu'une antenne cornet est un dispositif de guidage à section progressive constitué d'un guide d'onde droit, par exemple de section rectangulaire, prolongé à une de ses extrémités d'une ouverture rayonnante de forme générale de tronc de cône ou de pyramide tronquée. Un type avantageux d'antenne cornet est celui avec un ou plusieurs nervures à l'intérieur de l'ouverture, ce qui permet d'augmenter la bande passante de l'antenne.
  • Cela étant, les solutions proposées jusqu'à ce jour pour la réalisation et l'intégration d'une antenne cornet ne permettent pas réellement de répondre aux objectifs de construction à bas coûts et de faible encombrement, adaptés à des applications grand public.
  • Le brevet US4613989 divulgue un détecteur d'alerte de présence de radars de police qui transmettent des signaux dans la bande X ou la bande K, qui comprend une antenne à cornet, un PCB étant rapporté et fixé par vissage sur le dessus de l'antenne cornet.
  • US5317329 décrit un détecteur microondes avec PCB comprenant une microligne électriquement conductrice sur un substrat isolant, sur lequel est montée par vissage une antenne cornet.
  • US2008/007444 divulgue un détecteur de signaux radar de la police, dans les bandes X et K, dans lequel deux-demi coquilles formant un boitier sont assemblées l'une à l'autre par vissage pour loger les circuits PCB numériques, les deux demi-coquilles assemblées formant une antenne cornet.
  • EP0884854 concerne un détecteur à guide microondes avec un PCB sur lequel est fixé par vissage un composant métallique 12 formant une antenne cornet.
  • Il existe donc un besoin pour améliorer encore l'intégration des antennes-cornets, destinées à des communications sans fil, faible consommation et haut voire très haut débit, en particulier pour des communications à courte portée, afin notamment de faciliter leur construction, d'en réduire leurs coûts et de les miniaturiser encore davantage.
  • Le but de l'invention est de répondre au moins en partie à ce besoin.
    • Exposé de l'invention
  • Pour ce faire, l'invention a pour objet un dispositif de communication sans fil, destiné à des communications dans les bandes de fréquences millimétriques, comprenant :
    • un circuit imprimé (PCB) comprenant un support en matériau diélectrique et des pistes électriquement conductrices séparées par le support diélectrique ;
    • au moins une antenne cornet, comprenant :
      • un guide d'onde droit, de préférence de section rectangulaire, prolongé par une ouverture rayonnante de forme générale tronconique ou en pyramide tronquée, l'extrémité de l'ouverture rayonnante présentant deux plans de symétrie perpendiculaires entre eux,
      • deux nervures s'étendant en regard l'une de l'autre dans un des plans de symétrie, sur au moins une partie de la longueur du guide d'onde et de l'ouverture rayonnante,
      • une ou des zones périphériques au moins autour du guide d'onde, formant un ou des flasques de fixation.
  • Selon l'invention, l'antenne cornet est un composant monté en surface (CMS) par l'intermédiaire du(des) flasque(s) en appui plan-plan et supporté(s) par le support du PCB et fixés sur ce dernier, et l'antenne cornet est agencée avec le guide d'onde et l'ouverture rayonnante de part et d'autre du support du PCB et avec chaque nervure en contact direct ou à proximité d'une piste du PCB, de sorte à permettre une liaison directe ou un couplage capacitif entre eux.
  • Avantageusement, l'antenne cornet est moulée en une seule pièce.
  • Ainsi, l'invention consiste essentiellement à définir une antenne cornet dont la structure lui permet d'être réalisée par moulage intégral d'une matière usuelle, en particulier un plastique métallisé ou un alliage à base de zinc, tout en étant de faibles dimensions. Sa forme arrière avec un décrochement au niveau de la partie rectangulaire du guide d'onde ainsi que ses flasques de fixation, lui permettent d'être montée comme un composant monté en surface (CMS) usuel à la verticale du PCB et la rend parfaitement compatible avec les process classiques afférents de mise en place par « pick-and-place ».
  • Le fait d'avoir des nervures permet de réduire les dimensions de l'ouverture rayonnante (cornet) sans avoir à implanter un élément diélectrique supplémentaire, de générer les deux types de polarisations horizontale et verticale, et d'augmenter la pureté de polarisation. La forme des nervures peut être aisément optimisée à souhait pour obtenir les meilleures performances possibles de transmission des signaux HF (Hyper fréquences).
  • A ce sujet, les inventeurs ont fait des premières simulations qui montrent clairement qu'à des fréquences centrées autour de 60GHz, les pertes de signaux par rapport à un design d'antenne cornet sans nervure, qui nécessite l'implantation d'un élément diélectrique solide, sont tout-à-fait négligeables.
  • Le montage en CMS de l'antenne cornet permet en outre d'avoir un encombrement très réduit en hauteur car l'ouverture rayonnante peut être centrée de part et d'autre du plan du support PCB.
  • Selon une variante de réalisation, l'antenne cornet, dite à polarisation verticale, présente des nervures agencées dans le plan de symétrie de l'extrémité de son ouverture rayonnante qui est perpendiculaire au plan du PCB.
  • Selon une alternative, l'antenne cornet, dite à polarisation horizontale, présente des nervures agencées dans le plan de symétrie de l'extrémité de son ouverture rayonnante qui est parallèle au plan du PCB.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le PCB comprend au moins une échancrure, de formes complémentaires avec au moins une partie de l'ouverture rayonnante depuis sa petite base, dans laquelle l'ouverture rayonnante est encastrée au moins en partie, le guide d'onde droit entourant dans le prolongement du fond de l'échancrure au moins une piste conductrice sur la face du PCB sur laquelle l'antenne cornet est montée. On obtient ici un encastrement de l'antenne cornet qui rend le dispositif encore moins encombrant.
  • Avantageusement, l'antenne cornet est adaptée pour rayonner dans le plan du PCB.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le guide d'onde de chaque antenne cornet présente un décrochement, de sorte à lui conférer une asymétrie.
  • Selon ce mode, l'antenne cornet peut être avantageusement centrée sur le plan du support du PCB, de sorte que sa hauteur (H), définie par la hauteur de l'ouverture rayonnante, est sensiblement répartie pour moitié (H/2) de part et d'autre dudit plan du support.
  • Chaque antenne cornet est de préférence fixée sur le support du PCB par brasage selon une technique par refusion ou à la vague.
  • Selon une première variante, une des nervures de l'antenne cornet à polarisation verticale est en contact direct avec une piste imprimée tandis que l'autre des nervures est à distance de la piste imprimée.
  • Selon une deuxième variante, les deux nervures de l'antenne cornet à polarisation horizontale étant en contact direct avec les deux pistes imprimées.
  • L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un dispositif de communication sans fil, comprenant les étapes suivantes :
    1. a/ fourniture d'un design de référence d'un circuit imprimé (PCB) comprenant un support en matériau diélectrique et des pistes électriquement conductrices séparées par le support diélectrique ;
    2. b/ réalisation par moulage intégral d'au moins une antenne cornet, comprenant:
      • un guide d'onde droit de section rectangulaire prolongé par une ouverture rayonnante de forme générale tronconique ou en pyramide tronquée, l'extrémité de l'ouverture rayonnante présentant deux plans de symétrie perpendiculaires entre eux,
      • deux nervures s'étendant en regard l'une de l'autre dans un des plans de symétrie, sur au moins une partie de la longueur du guide d'onde et de l'ouverture rayonnante,
      • une ou des zones périphériques au moins autour du guide d'onde, formant un ou des flasques de fixation ;
    3. c/ pose automatique de l'antenne cornet moulée en une seule pièce sur le support du PCB selon une technique dite « pick and place », de sorte à avoir avec le(les) flasque(s) en appui plan-plan et supporté(s) par le support du PCB et fixés sur ce dernier, et l'antenne cornet agencée avec le guide d'onde et l'ouverture rayonnante de part et d'autre du support du PCB et avec chaque nervure en contact direct ou à proximité d'une piste du PCB, de sorte à permettre un couplage respectivement direct ou capacitif entre eux ;
    4. d/ brasage par refusion ou à la vague de l'antenne cornet.
  • Avantageusement, l'étape d/ est réalisée simultanément avec d'autres composants montés en surface sur le PCB.
  • Les avantages de l'invention sont nombreux parmi lesquels on peut citer :
    • construction à bas coûts sur des circuits imprimés standards et faible encombrement du dispositif à antenne cornet selon l'invention, ce qui le rend parfaitement adapté à des applications grand public ;
    • parfaite comptabilité avec tout process de pick-and-place ;
    • intégration aisée dans des objets électroniques communicants ;
    • obtention d'une solution performante et parfaitement reproductible, pour haut débit, à courte distance, à fréquence de 60GHz à partir d'une pluralité d'antennes cornets à polarisation verticale en alternance et adjacentes avec des antennes cornets à polarisation horizontale ;
    • rayonnement dans le plan du PCB.
    Description détaillée
  • L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre de celle-ci et à l'examen des figures annexées parmi lesquelles :
    • la figure 1 est une vue en perspective depuis l'avant d'un exemple de dispositif de communication sans fil selon l'invention avec une alternance de deux antennes cornets adjacentes respectivement à polarisation verticale et à polarisation horizontale montés en CMS sur un PCB ;
    • la figure 2 est une vue en perspective d'un exemple avantageux de réalisation de PCB selon l'invention ;
    • la figure 3 est une vue en perspective depuis l'avant d'une antenne cornet moulée en une seule pièce à nervures pour polarisation verticale selon l'invention;
    • la figure 4 est une vue en perspective arrière de l'antenne cornet selon la figure 3;
    • la figure 5 est une vue en perspective depuis l'avant d'une antenne cornet moulée en une seule pièce à nervures pour polarisation horizontale selon l'invention;
    • la figure 6 est une vue en perspective arrière de l'antenne cornet selon la figure 5;
    • la figure 7 est une vue en perspective arrière d'un dispositif de communication sans fil selon la figure 1;
    • la figure 8 est une vue du dessus d'un dispositif de communication sans fil selon la figure 1;
    • la figure 9 est une vue de côté d'un dispositif de communication sans fil selon la figure 1;
    • la figure 10 est une vue de face depuis l'avant d'un dispositif de communication sans fil selon la figure 1;
    • la figure 11 est une vue de face depuis l'arrière d'un dispositif de communication sans fil selon la figure 1.
  • Dans l'ensemble de la présente demande, les termes « avant », « arrière », « supérieure » et « inférieure » sont à considérer en référence à un dispositif 1 selon l'invention dans une configuration de fonctionnement dans laquelle le support de PCB est à l'horizontal et l'ouverture rayonnante (cornet) de l'antenne s'élargit d'arrière en avant.
  • On a représenté en figures 1 et 7 à 11, un dispositif de communication sans fil 1, destiné à assurer des émissions/réceptions de signaux dans les bandes de fréquences millimétriques, et plus particulièrement à 60GHz.
  • Ce dispositif 1 comprend tout d'abord un circuit imprimé PCB 2 avec un support diélectrique 20 à deux faces planes 21, 22 parallèles.
  • Deux pistes électriquement conductrices 23, 24, classiquement en cuivre sont réalisées sur la face supérieure 21 du support 20.
  • Comme visible en figure 2, le support 20 du PCB est avantageusement pourvu de zones métalliques 25 autour de l'extrémité de chacune des pistes 23, 24 et de deux échancrures 26, 27 réalisées sur un bord du support 20.
  • Dans l'exemple illustré, ces échancrures 26, 27 sont en forme générale de trapèze isocèle. Le fond 28, 29 de ces échancrures est agencé à proximité de l'extrémité de chacune des pistes 23, 24.
  • Comme montré aux figures 1 et 7 à 11, le support 20 du PCB supporte une alternance de deux antennes cornets 3, 4, chacune moulée en une seule pièce, qui se distinguent par les nervures intérieures 32, 33 ; 42, 43 qu'elles comportent, comme expliqué ci-après.
  • Les antennes cornets 3, 4 selon l'invention peuvent être avantageusement réalisées par moulage par injection d'un plastique métallisé ou bien encore d'un alliage métallique.
  • Comme montré aux figures 3 à 6, chaque antenne 3, 4 comprend un guide d'onde droit 30, 40 de section rectangulaire prolongé par une ouverture rayonnante 31, 41 ou cornet en forme de pyramide tronquée. L'extrémité de chaque cornet 31, 41 présente deux plans de symétrie P1, P2 perpendiculaires entre eux.
  • Cependant, chaque guide d'onde droit 30, 40 présente une asymétrie due à un décrochement 35, 45 sur sa partie inférieure. Ce décrochement 35, 45 permet un placement vertical de chaque antenne cornet sur le support 20 du PCB, avantageusement compatible avec un process de montage de type « pick & place ».
  • Deux nervures 32, 33 ou 42, 43 s'étendent en regard l'une de l'autre dans un des plans de symétrie P1, P2, sur au moins une partie de la longueur du guide d'onde 30, 40 et du cornet 31, 41.
  • Chaque antenne 3, 4 comprend enfin des zones périphériques 34, 44 autour du guide d'onde 30, 40 et autour d'une partie du cornet 31, 41. Ces zones périphériques 34, 44 forment des flasques de fixation ou de maintien de chaque antenne cornet 3, 4 monté en composant en surface CMS.
  • Plus précisément, les flasques 34, 44 sont en appui plan-plan et supportés par le support 20 en étant fixés par brasage sur les zones métalliques 25. En effet, lors du placement par pick & place, le décrochement 35, 45 peut venir en dessous du support 20 du PCB, et les flasques 34, 44 venir en appui plan-plan contre la face supérieure 21 du support 20.
  • Chaque antenne cornet 3, 4 est encastrée au moins sur une partie de la longueur du cornet 31, 41 dans une des échancrures 26, 27 du support 20 du PCB.
  • Chaque antenne cornet 3, 4 est agencée avec le guide d'onde 30, 40 et le cornet de part et d'autre du support 20 du PCB.
  • De préférence, afin de réduire encore l'encombrement en hauteur, l'antenne cornet est centrée sur le plan du support 20 du PCB de sorte que sa hauteur H, définie par la hauteur du cornet 31, 41, est sensiblement répartie pour moitié H/2 de part et d'autre du plan du support 20 du PCB.
  • Autrement dit, l'un des plans de symétrie P1 de chaque antenne est quasiment confondu avec le plan du support 20 du PCB.
  • Autrement dit encore, à l'épaisseur du support près, la moitié H/2 de la hauteur du cornet 31, 41 fait saillie au-dessus de la face supérieure 21 du support 20 sur laquelle l'antenne est montée et l'autre moitié fait saillie en dessous de la face inférieure 22 du support 20.
  • Pour assurer la transmission des signaux HF dans les bandes millimétriques depuis ou vers le circuit imprimé, il est nécessaire de réaliser un couplage soit direct soit capacitif dans l'air entre les nervures 32, 33 ; 42, 43 et les pistes conductrices 23, 24 du PCB.
  • Pour ce faire, chaque nervure est en contact direct ou à proximité d'une piste du PCB. Dans les exemples illustrés, les nervures 33, 42 et 43 des antennes sont en contact direct respectivement une piste 23, 24 et 25.
  • Dans l'alternance des deux antennes cornets 3, 4 adjacentes d'un même dispositif 1, les nervures 32, 33 de l'une sont orthogonales au plan du support 20 du PCB tandis que les nervures 42, 43 de celle adjacente sont agencées dans le plan du support 20 du PCB.
  • Le dispositif 1 selon l'invention qui vient d'être décrit permet de conserver un débit élevé voire très élevé, sur une courte distance de transmission de signaux en émission ou en réception à 60GHz, grâce à la juxtaposition d'antennes cornets à polarisation verticale 3 et horizontale 4.
  • Ainsi, chaque antenne est isolée de l'antenne adjacente et permet ainsi la transmission d'un flux de données bien distinct de celui adjacent.
  • En outre, l'encombrement du dispositif 1 est réduit, du fait d'une part des très faibles dimensions qu'il est possible d'atteindre pour une antenne cornet par une réalisation par moulage, et d'autre part du centrage de l'antenne dont le cornet est réparti pour moitié au-dessus du plan du support de PCB et pour l'autre moitié en dessous de ce dernier. A titre d'exemple, il est tout-à-fait envisageable de réaliser une antenne cornet moulée intégral avec des dimensions L∗H∗l de l'ordre de 7 x 3.5 x 7 mm.
  • L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.
  • D'autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
  • Par exemple, si tous les cornets (ouvertures rayonnantes) illustrés 30, 40 des antennes 3, 4 sont de forme pyramidale tronquée, l'invention peut aussi s'appliquer à des cornets de section en tronc de cône.
  • Par ailleurs, si dans les exemples illustrés, le support 20 du PCB est avantageusement prévu avec des échancrures 26, 27 de formes complémentaires à celles du cornet 31, 41 des antennes 3, 4 afin d'optimiser l'encombrement par encastrement sur au moins une partie des cornets on peut prévoir un encastrement moins important ou plus important.
  • Dans ce dernier cas, la face d'ouverture du cornet par laquelle l'émission/réception des signaux est faite est en retrait à l'intérieur du support du PCB.

Claims (15)

  1. Dispositif de communication sans fil (1), destiné à des communications dans les bandes de fréquences millimétriques, comprenant:
    - un circuit imprimé, PCB (2), comprenant un support (20) en matériau diélectrique et des pistes électriquement conductrices (23, 24) séparées par le support diélectrique ;
    - au moins une antenne cornet (3, 4), comprenant :
    ● un guide d'onde droit (30, 40), de préférence de section rectangulaire, prolongé par une ouverture rayonnante (31, 41), l'extrémité de l'ouverture rayonnante présentant deux plans de symétrie perpendiculaires entre eux,
    ● deux nervures (32, 33 ; 42, 43) s'étendant en regard l'une de l'autre dans un des plans de symétrie, sur au moins une partie de la longueur du guide d'onde et de l'ouverture rayonnante,
    ● une ou des zones périphériques (34, 44) au moins autour du guide d'onde, formant un ou des flasques de fixation,
    dispositif dans lequel l'antenne cornet est un composant monté en surface, CMS, par l'intermédiaire du ou des flasques en appui plan-plan et supportés par le PCB et fixés sur ce dernier, et l'antenne cornet est agencée avec le guide d'onde et l'ouverture rayonnante de part et d'autre du PCB et avec chaque nervure en contact direct ou à proximité d'une piste du PCB, de sorte à permettre une liaison directe ou un couplage capacitif entre eux.
  2. Dispositif selon la revendication 1, l'extrémité de l'ouverture rayonnante présentant une section carrée, rectangulaire, circulaire, ou elliptique.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, l'antenne cornet étant moulée en une seule pièce.
  4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, l'antenne cornet, dite à polarisation verticale, présentant des nervures (32, 33) agencées dans le plan de symétrie (P2) qui est perpendiculaire au plan du PCB (2).
  5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, l'antenne cornet, dite à polarisation horizontale, présentant des nervures (32, 33) agencées dans le plan de symétrie (P1) qui est parallèle au plan du PCB (2).
  6. Dispositif de communication sans fil (1) selon l'une des revendications précédentes, le PCB comprenant au moins une échancrure (26, 27), de formes complémentaires avec au moins une partie de l'ouverture rayonnante depuis sa petite base, dans laquelle l'ouverture rayonnante est encastrée au moins en partie, le guide d'onde droit entourant dans le prolongement du fond (28, 29) de l'échancrure au moins une piste conductrice sur la face du PCB sur laquelle l'antenne cornet est montée.
  7. Dispositif de communication sans fil selon l'une des revendications précédentes, l'antenne cornet étant adaptée pour rayonner dans le plan du PCB.
  8. Dispositif de communication sans fil (1) selon l'une des revendications précédentes, le guide d'onde de chaque antenne cornet (3, 4) présentant un décrochement (35, 45) de sorte à lui conférer une asymétrie.
  9. Dispositif de communication sans fil (1) selon la revendication 8, l'antenne cornet étant centrée sur le plan du support du PCB, de sorte que sa hauteur (H), définie par la hauteur de l'ouverture rayonnante, est sensiblement répartie pour moitié (H/2) de part et d'autre dudit plan du support.
  10. Dispositif de communication sans fil (1) selon l'une des revendications précédentes, chaque antenne cornet étant fixée sur le support du PCB par brasage selon une technique par refusion ou à la vague.
  11. Dispositif de communication sans fil (1) selon la revendication 4, une des nervures de l'antenne cornet à polarisation verticale étant en contact direct avec une piste imprimée tandis que l'autre des nervures est à distance de la piste imprimée.
  12. Dispositif de communication sans fil (1) selon la revendication 5, les deux nervures de l'antenne cornet à polarisation horizontale étant en contact direct avec les deux pistes imprimées.
  13. Dispositif de communication sans fil (1) selon l'une des revendications précédentes, destiné à assurer des émissions/réceptions de signaux à 60GHz.
  14. Procédé de réalisation d'un dispositif de communication sans fil, comprenant les étapes suivantes :
    a/ fourniture d'un design de référence d'un circuit imprimé, PCB, comprenant un support en matériau diélectrique et des pistes électriquement conductrices séparées par le support diélectrique ;
    b/ réalisation par moulage intégral d'au moins une antenne cornet comprenant :
    ● un guide d'onde droit de section rectangulaire prolongé par une ouverture rayonnante, l'extrémité de l'ouverture rayonnante présentant deux plans de symétrie perpendiculaires entre eux,
    ● deux nervures s'étendant en regard l'une de l'autre dans un des plans de symétrie, sur au moins une partie de la longueur du guide d'onde et de l'ouverture rayonnante,
    ● une ou des zones périphériques au moins autour du guide d'onde, formant un ou des flasques de fixation ;
    c/ pose automatique de l'antenne cornet moulée en une seule pièce sur le support du PCB selon une technique dite « pick and place », de sorte à avoir avec le ou les flasques en appui plan-plan et supportés par le support du PCB et fixés sur ce dernier, et l'antenne cornet agencée avec le guide d'onde et l'ouverture rayonnante de part et d'autre du support du PCB et avec chaque nervure en contact direct ou à proximité d'une piste du PCB, de sorte à permettre un couplage respectivement direct ou capacitif entre eux ;
    d/ brasage par refusion ou à la vague de l'antenne cornet.
  15. Procédé de réalisation selon la revendication 14, l'étape d/ étant réalisée simultanément avec d'autres composant montés en surface sur le PCB.
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