EP3840116A1 - Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires - Google Patents

Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires Download PDF

Info

Publication number
EP3840116A1
EP3840116A1 EP20213640.4A EP20213640A EP3840116A1 EP 3840116 A1 EP3840116 A1 EP 3840116A1 EP 20213640 A EP20213640 A EP 20213640A EP 3840116 A1 EP3840116 A1 EP 3840116A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wafer
active components
planar
planar antennas
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP20213640.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3840116B1 (fr
Inventor
José-Luis GONZALEZ JIMENEZ
Antonio Clemente
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3840116A1 publication Critical patent/EP3840116A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3840116B1 publication Critical patent/EP3840116B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01Q3/44—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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0087—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0025—Modular arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0087—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays
    • H01Q21/0093—Monolithic arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • 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

Definitions

  • Each elementary cell of the transmitting network is capable of introducing a phase shift to the incident wave emitted by the primary source (s), in order to compensate for each difference in the path of the radiation emitted between the primary source (s) and the transmitting network.
  • the elementary cells make it possible to generate the phase law in the radiation aperture in order to form the desired radiation for the antenna.
  • planar antenna is meant an electrically conductive flat surface (conventionally metallic) capable of emitting / receiving electromagnetic radiation.
  • An example of a planar antenna is the microstrip disc (“ patch ”).
  • elementary cell architectures can also be used, such as multilayer structures based on the concept of frequency selective surfaces, or on the concept of Fabry-Perot cavities. Radiant elements such as dipoles, slots etc. can also be used at the elementary cell level.
  • an elementary cell of a transmitting network can operate in reception or in transmission, that is to say that the first planar antenna of the elementary cell can also be a transmission antenna, while the second planar antenna of the elementary cell can also be a reception antenna.
  • the radio communication system requires a high gain. This problem is common at millimeter and sub-THz frequencies from 30 GHz.
  • the set of first planar antennas is formed on the first interconnect structure such that each first planar antenna is electrically connected to the first active components.
  • the set of first planar antennas is formed on the first interconnect structure such that the first planar antennas are electrically isolated from each other so as not to be short-circuited.
  • the set of second planar antennas is formed on the second surface of the second wafer so that the second planar antennas are electrically isolated from each other, so as not to be shorted.
  • such a structure according to the invention allows a monolithic integration of the elementary cells of the transmitter network with the first active components making it possible to control and modify the phase shift introduced into the corresponding elementary cell, so as to be able to obtain a reconfigurable antenna.
  • the dimension (and therefore the periodicity) characteristic of the elementary cells must be less than or equal to the half-wavelength of the electromagnetic waves emitted by the primary source (s).
  • the characteristic dimension of the elementary cells must be less than or equal to 0.5 cm.
  • the structure according to the invention may include one or more of the following characteristics.
  • the set of first active components comprises pairs of switches, each pair of switches being associated with a first planar antenna.
  • switches is understood to mean elements making it possible to authorize or prohibit the flow of an electric current, for example between two disjoint radiating surfaces of a planar antenna.
  • an advantage obtained is to be able to introduce a phase shift by modifying the effective electrical length of the first planar antenna.
  • the first wafer comprises a first demultiplexer configured to transmit a control signal on the first bias lines.
  • an advantage obtained is to obtain a monolithic integration of the first demultiplexer with the elementary cells of the transmitter network and the first active components.
  • the second wafer comprises a set of second active components configured to introduce a phase shift; the structure comprising a second interconnection structure, formed on the second surface of the second wafer, and electrically connected to the second active components; the second interconnection structure comprising second polarization lines arranged to polarize the second active components; the set of second planar antennas being formed on the second interconnection structure.
  • the set of second planar antennas is formed on the second interconnect structure such that each second planar antenna is electrically connected to the second active components.
  • the set of second planar antennas is formed on the second interconnect structure so that the second planar antennas are electrically isolated from each other, so as not to be short-circuited.
  • an advantage obtained is to increase the number of phase states or delays.
  • the set of second active components comprises pairs of switches, each pair of switches being associated with a second planar antenna.
  • an advantage obtained is to be able to introduce a phase shift by modifying the effective electrical length of the second planar antenna.
  • the second wafer comprises a second demultiplexer configured to transmit a control signal on the second bias lines.
  • an advantage obtained is to obtain a monolithic integration of the second demultiplexer with the elementary cells of the transmitter network and the second active components.
  • the structure comprises interconnection holes arranged to electrically connect the first planar antennas with the second planar antennas facing them, the interconnection holes being electrically isolated from the ground plane.
  • each first planar antenna comprises first and second disjoint radiating surfaces; the first surfaces of radiation from the first planar antennas being electrically connected to the vias; the second radiating surfaces of the first planar antennas being electrically connected to the first active components.
  • first and second radiation surfaces are separated from one another by a separation zone so as to be electrically isolated.
  • each second planar antenna comprises first and second disjoint radiating surfaces; the first radiating surfaces of the second planar antennas being electrically connected to the vias; the second radiating surfaces of the second planar antennas being electrically connected to the second active components.
  • the first active components and / or the second active components are chosen from a diode, a field effect transistor, a bipolar transistor, an electromechanical microsystem.
  • the structure comprises brazing balls arranged to establish a metallic bond between the first and second metallic layers.
  • an advantage obtained is to obtain a strong adhesion between the first and second metal layers, and to guarantee an electrical interconnection.
  • the first and second wafers are made from a semiconductor material, or are made from a semiconductor material.
  • an advantage obtained is to facilitate the monolithic integration of the first and second active components, with a high possible integration density.
  • the subject of the invention is also an integrated circuit, manufactured by cutting a structure in accordance with the invention, the cutting being carried out so that the integrated circuit comprises a plurality of elementary cells, each comprising a first planar antenna and a second planar antenna facing it, so as to perform an electromagnetic lens function.
  • an advantage obtained is to obtain a reconfigurable antenna with a very compact transmitter array by using the two opposite faces of a printed circuit board to integrate the electromagnetic lens and the control electronics.
  • the integrated circuit is manufactured by cutting out a structure in accordance with the invention, and the control electronics are configured to control the second active components of the integrated circuit.
  • the antenna comprises additional planar antennas formed on the first surface of the printed circuit board, and facing the elementary cells of the integrated circuit.
  • an advantage obtained is to obtain a transmitter network capable of managing independent beams, for example for multi-user applications.
  • the first plate W1 is illustrated in particular on figure 1 .
  • the first wafer W1 is advantageously made of a semiconductor material, preferably selected from silicon and germanium.
  • the first wafer W1 can therefore be semiconductor.
  • the first wafer W1 can be made from a semiconductor material.
  • the first wafer W1 can be made of a semiconductor material.
  • the first wafer W1 can also be made from a dielectric material such as quartz. It is also possible to envisage a first wafer W1 of the Semiconductor type. on Insulator SeOI (“ Semiconductor On Insulator ” in English), preferably of the Silicon type on Insulator SOI (“ Silicon on Insulator ” in English).
  • the first active components C1 are advantageously integrated into the first wafer W1 by an initial FEOL (“ Front-End-Of-Line ”) manufacturing unit, for example using photolithography, etching, diffusion and implantation techniques. dopants, metal deposits, passivation known to those skilled in the art.
  • the first active components C1 can be integrated into the first wafer W1 by thin film deposition techniques.
  • Each first planar antenna A1 advantageously comprises first and second disjoint radiating surfaces A10, A11, in the sense that they are separated from one another by a separation zone so as to be electrically isolated from one another.
  • the set of first active components C1 advantageously comprises pairs of switches, each pair of switches being associated with a first planar antenna A1.
  • Each pair of switches belongs to a phase shift circuit, and comprises first and second switches respectively having an on state and an alternating off state, the on or off states corresponding to a flow of a current, respectively authorized or blocked, between the first and second radiating surfaces A10, A11 separate from each first planar antenna A1.
  • alternating is meant that the first switch alternates between the on state and the off state, while, simultaneously, the second switch alternates between the off state and the on state.
  • the first and second switches belonging to the same phase shift circuit have two opposite states, either on / off or off / on. On / on or blocked / blocked states are not allowed.
  • the first active components C1 are advantageously chosen from among a diode, a field effect transistor, a bipolar transistor, an electromechanical microsystem.
  • the field effect transistor is preferably a MOS (“ Metal Oxide Semiconductor ”) type transistor.
  • the diode may be a pin type diode, an electro-optical diode, or else a varicap type diode (“ varactor ”).
  • Pin type diodes can be made from AlGaAs.
  • the first metal layer M1 is preferably made of copper.
  • the first metal layer M1 can be formed on the first surface W10 of the first wafer W1 by a metallization process.
  • the first interconnection structure 3 is advantageously formed on the second surface W11 of the first wafer W1 by a final BEOL (“ Back-End-Of-Line ”) manufacturing unit.
  • the first polarization lines 30 are metal tracks, preferably made of copper.
  • the first wafer W1 advantageously comprises a first demultiplexer DMUX1 configured to transmit a control signal on the first bias lines 30.
  • a first demultiplexer DMUX1 configured to transmit a control signal on the first bias lines 30.
  • the set of first planar antennas A1 is formed on the first interconnection structure 3 so that each first planar antenna A1 is electrically connected to the first active components C1.
  • the set of first planar antennas A1 is formed on the first interconnection structure 3 so that the first planar antennas A1 are electrically isolated from each other so as not to be short-circuited.
  • each first planar antenna A1 advantageously comprises first and second disjoint radiating surfaces A10, A11, in the sense that they are separated from one another by a separation zone so as to be electrically isolated from one another.
  • a slot is advantageously formed in each first planar antenna A1 to electrically isolate the first and second disjoint radiating surfaces A10, A11.
  • the slit defines the area of separation.
  • 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 of the second planar antenna can be provided by a dielectric material.
  • the first and second radiating surfaces A10, A11 of the first planar antennas A1 are electrically connected to the first active components C1.
  • the second plate W2 is particularly illustrated in figures 2 and 3 .
  • the second wafer W2 is advantageously made from a semiconductor material, preferably selected from silicon and germanium.
  • the second wafer W2 can therefore be semiconductor.
  • the second wafer W2 can be made from a semiconductor material.
  • the second wafer W2 can be made of a semiconductor material.
  • the second wafer W2 can also be made from a dielectric material such as quartz. It is also possible to envisage a second wafer W2 of the Semiconductor on Insulator SeOI (“ Semiconductor On Insulator ”) type, preferably of the Silicon on Insulator SOI (“ Silicon on Insulator ” type).
  • Semiconductor on Insulator SeOI Semiconductor On Insulator
  • SOI Silicon on Insulator
  • the second wafer W2 advantageously comprises a set of second active components C2 configured to introduce a phase shift.
  • the second active components C2 are advantageously integrated into the second wafer W2 by an initial FEOL (“ Front-End-Of-Line ”) manufacturing unit, for example using photolithography, etching, diffusion and implantation techniques. dopants, metal deposits, passivation known to those skilled in the art.
  • the second active components C2 can be integrated into the second wafer W2 by thin film deposition techniques.
  • Each second planar antenna A2 advantageously comprises disjoint first and second radiating surfaces A20, A21, in the sense that they are separated from one another by a separation zone so as to be electrically isolated from one another.
  • the set of second active components C2 advantageously comprises pairs of switches, each pair of switches being associated with a second planar antenna A2.
  • Each pair of switches belongs to a phase shift circuit, and comprises first and second switches respectively having an on state and an alternating off state, the on or off states corresponding to a flow of a current, respectively authorized or blocked, between the first and second radiating surfaces A20, A21 separate from each second planar antenna A2.
  • alternating is meant that the first switch alternates between the on state and the off state, while, simultaneously, the second switch alternates between the off state and the on state.
  • the first and second switches belonging to the same phase shift circuit have two opposite states, either on / off or off / on. On / on or blocked / blocked states are not allowed.
  • the second active components C2 are advantageously chosen from among a diode, a field effect transistor, a bipolar transistor, an electromechanical microsystem.
  • the field effect transistor is preferably a MOS (“ Metal Oxide Semiconductor ”) type transistor.
  • the diode may be a pin type diode, an electro-optical diode, or else a varicap type diode (“ varactor ”).
  • Pin type diodes can be made from AlGaAs.
  • the second metal layer M2 is preferably made of copper.
  • the second metallic layer can be formed on the first surface W20 of the second wafer W2 by a metallization process.
  • the structure 1 advantageously comprises a second interconnection structure 4, formed on the second surface W21 of the second wafer W2, and electrically connected to the second active components C2.
  • the second interconnection structure 4 is advantageously formed on the second surface W21 of the second wafer W2 by a final BEOL (“ Back-End-Of-Line ”) manufacturing unit.
  • the set of second planar antennas A2 is then formed on the second interconnection structure 4.
  • the second interconnection structure 4 comprises second bias lines 40 arranged to bias the second active components C2.
  • the second polarization lines 40 are metal tracks, preferably made of copper.
  • the second wafer W2 advantageously comprises a second demultiplexer DMUX2 configured to transmit a control signal on the second bias lines 40.
  • a second demultiplexer DMUX2 configured to transmit a control signal on the second bias lines 40.
  • the set of second planar antennas A2 is formed on the second interconnection structure 4 so that each second planar antenna A2 is electrically connected to the second active components C2.
  • the set of second planar antennas A2 is formed on the second interconnection structure 4 so that the second planar antennas A2 are electrically isolated from each other, so as not to be short-circuited.
  • each second planar antenna A2 advantageously comprises first and second disjoint radiating surfaces A20, A21, in the sense that they are separated from one another by a separation zone so as to be electrically isolated from one another.
  • a slot is advantageously formed in each second planar antenna A2 to electrically isolate the first and second disjoint radiating surfaces A20, A21.
  • the slit defines the area of separation.
  • 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 of the second planar antenna can be provided by a dielectric material.
  • the first and second radiating surfaces A20, A21 of the second planar antennas A2 are electrically connected to the second active components C2.
  • the ground plane PM may have a thickness of the order of 17 ⁇ m when the operating frequency of the antenna 2 with a transmitter network is 29 GHz.
  • the structure 1 advantageously comprises brazing balls arranged to establish a metallic bond between the first and second metallic layers M1, M2.
  • the first and second plates W1, W2 can be assembled by means of the first and second metal layers M1, M2 by eutectic bonding.
  • the assembly of the first and second wafers W1, W2 is performed so that the sets of the first and second planar antennas A1, A2 are aligned.
  • the alignment of the sets of the first and second planar antennas A1, A2 can be obtained by an alignment technique known to those skilled in the art, for example using CCD (“ Charge Coupled Device ”) cameras. .
  • each pattern 10 may be of square shape (D being the dimension of the sides) and may have an area of 20 ⁇ 20 mm 2 when the first and second plates W1, W2 have a diameter of 200 mm.
  • the number of elementary cells CE present in a pattern 10 depends on the operating frequency of the antenna 2, which defines the pitch p (“ pitch ”) of the elementary cells CE.
  • pitch the pitch of the elementary cells CE.
  • a square pattern 10 with an area of 20 ⁇ 20 mm 2 can include 3 ⁇ 3 elementary cells CE.
  • the structure 1 advantageously comprises interconnection holes V arranged to electrically connect the first planar antennas A1 with the second planar antennas A2 facing them, the interconnection holes V being electrically isolated from the ground plane PM.
  • the interconnection holes V pass through openings formed in the ground plane PM.
  • the openings formed in the PM ground plane allow both electrical isolation with the V vias and the propagation of electromagnetic waves through the PM ground plane.
  • the interconnection holes V are of the TSV (“ Through Silicon Via ”) type.
  • the interconnection holes V have a diameter of the order of 150 ⁇ m.
  • the interconnection holes V are preferably connected to the first and second planar antennas A1, A2 by connection points. In general, the position of the connection points varies according to the specific geometry of the planar antennas so as to excite the fundamental mode of resonance.
  • the interconnection holes V advantageously extend along the normal to the surfaces of the first and second planar antennas A1, A2.
  • each first planar antenna A1 has disjoint first and second radiating surfaces A10, A11, the first radiating surfaces A10 of the first planar antennas A1 are electrically connected to the vias V.
  • each second planar antenna A2 has disjoint first and second radiating surfaces A20, A21, the first radiating surfaces A20 of the second planar antennas A2 are electrically connected to the vias V.
  • An object of the invention is an integrated circuit IC, manufactured by cutting a structure 1 according to the invention, the cutting being performed so that the integrated circuit IC comprises a plurality of elementary cells CE, each comprising a first antenna planar A1 and a second planar antenna A2 facing it, so as to provide an electromagnetic lens function.
  • the cut can be performed using a precision circular saw, with a metal core or diamond resin core blade.
  • the cut is performed along the normal to the surfaces W10, W11; W20, W21 of the first and second pads W1, W2.
  • the integrated circuit IC comprises a plurality of elementary cells CE, each comprising a first planar antenna A1 and a second planar antenna A2 facing it, so as to perform an electromagnetic lens function.
  • the printed circuit board 5 is made of a dielectric material.
  • the printed circuit board 5 can be made from a commercial material such as RT / duroid® 6002.
  • the printed circuit board 5 has a thickness typically between 100 ⁇ m and 1500 ⁇ m for a frequency operating range of antenna 2 between 10 GHz and 300 GHz.
  • the printed circuit board 5 may have a thickness of the order of 254 ⁇ m when the operating frequency of the antenna 2 is 29 GHz.
  • the integrated circuit (s) IC can be formed on the first surface 50 of the printed circuit board 5 by an assembly of the flip-chip type .
  • the integrated circuits IC can be arranged on the first surface 50 of the printed circuit board 5 in matrix form, as illustrated in figure 8 .
  • the antenna 2 advantageously comprises additional planar antennas A1 ′ formed on the first surface 50 of the printed circuit board 5, and facing the elementary cells CE of the integrated circuit IC.
  • Each transceiver 6 comprises at least one radiating source S arranged to emit electromagnetic waves.
  • the radiating source S can be realized in the form of a planar antenna formed within the printed circuit board 5, extending in a focal plane whose Euclidean distance with the electromagnetic lens defines the focal distance F (illustrated in FIG. figure 7 ).
  • the or each radiating source S is advantageously configured to operate at a frequency greater than 30 GHz (millimeter and sub-THz frequencies).
  • the antenna 2 can include a plurality of transceivers 6.
  • each transceiver 6 can be dedicated to an area of the matrix.
  • the plurality of transceivers 6 can be controlled by digital control electronics 60, the output channels of which are electrically connected to the radiating sources S.
  • the control electronics 60 are preferably integrated within an electronic chip mounted on the second surface 51 of the printed circuit board 5.
  • the control electronics 60 is advantageously configured to also control the second active components C2 of the integrated circuit. IC.
  • demultiplexers DMUX1, DMUX2 integrated into the first and second wafers W1, W2 demultiplexers can be deported within the control electronics 60.
  • An example of piloting of the polarization lines is given in the doctoral thesis " Design of antenna transmitters with deflection and / or beamforming ”, A. Clemente, October 2012, on pages 159-161.

Landscapes

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

Abstract

Structure (1) comportant :- une première plaquette (W1), comprenant des premiers composants actifs (C1) configurés pour introduire un déphasage ;- une première couche métallique, formée sur une première surface (W10) de la première plaquette (W1) ;- une première structure d'interconnexions (3), formée sur une seconde surface (W11) de la première plaquette (W1), comprenant des premières lignes de polarisation (30) ;- un ensemble de premières antennes planaires (A1), formé sur la première structure d'interconnexions (3) ;- une deuxième plaquette (W2) ;- une deuxième couche métallique, formée sur une première surface (W20) de la deuxième plaquette (W2) ;- un ensemble de deuxièmes antennes planaires (A2), formé sur une seconde surface (W21) de la deuxième plaquette (W2) ;les première et deuxième plaquettes (W1, W2) étant assemblées par l'intermédiaire des première et deuxième couches métalliques de sorte que les premières et deuxièmes antennes planaires (A1, A2) sont alignées, les première et deuxième couches métalliques formant un plan de masse (PM).

Description

    Domaine technique
  • L'invention se rapporte au domaine technique des antennes à réseau transmetteur (« Transmitarray antenna » en langue anglaise). Une antenne à réseau transmetteur comporte :
    • un réseau transmetteur (appelé également lentille électromagnétique ou lentille discrète), comprenant un ensemble de cellules élémentaires pouvant être disposé sous forme matricielle (la matrice peut être régulière ou éparse ; la matrice régulière peut, par exemple, comporter un maillage carré ou triangulaire ;
    • au moins une source rayonnante (dite source primaire), agencée pour illuminer le réseau transmetteur.
  • Chaque cellule élémentaire du réseau transmetteur est susceptible d'introduire un déphasage à l'onde incidente émise par la ou les sources primaires, afin de compenser chaque différence de trajet du rayonnement émis entre la ou les sources primaires et le réseau transmetteur. Les cellules élémentaires permettent de générer la loi de phase dans l'ouverture de rayonnement afin de former le rayonnement désiré pour l'antenne.
  • Plus précisément, chaque cellule élémentaire du réseau transmetteur peut comporter au moins :
    • une première antenne planaire (dite de réception), agencée pour recevoir l'onde incidente émise par la ou les sources primaires ;
    • une deuxième antenne planaire (dite de transmission), agencée pour transmettre avec un déphasage l'onde incidente reçue par la première antenne planaire.
  • Par « antenne planaire », on entend une surface plane électriquement conductrice (classiquement métallique) pouvant émettre/recevoir un rayonnement électromagnétique. Un exemple d'antenne planaire est la pastille micro-ruban (« patch » en langue anglaise).
  • D'autres architectures de cellules élémentaires peuvent également être utilisées, telles que des structures multicouches basées sur le concept des surfaces sélectives en fréquence, ou sur le concept des cavités Fabry-Pérot. Les éléments rayonnants de type dipôles, fentes etc. peuvent être aussi utilisés au niveau de la cellule élémentaire.
  • Il est à noter qu'une cellule élémentaire d'un réseau transmetteur peut fonctionner en réception ou en transmission, c'est-à-dire que la première antenne planaire de la cellule élémentaire peut également être une antenne de transmission, tandis que la deuxième antenne planaire de la cellule élémentaire peut également être une antenne de réception.
  • L'invention trouve notamment son application dans l'obtention d'une antenne reconfigurable. 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 typiquement défini à mi-puissance (c'est-à-dire la concentration du rayonnement suivant une direction particulière), le filtrage spatial (lié à l'ouverture et à la formation du faisceau), la formation d'un faisceau ou de multifaisceaux (e.g. plusieurs faisceaux étroits remplaçant un faisceau large) etc. Une antenne reconfigurable à réseau transmetteur est particulièrement avantageuse à partir de la bande C (4-8 GHz) jusqu'à la bande W (75-110 GHz), voire la bande D (110-170 GHz) ou jusqu'à la bande 300 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 communication à très haut débit, fonctionnant notamment dans les bandes millimétriques (communications inter-bâtiments ou intra-bâtiment en environnement domotique ou immotique, et particulièrement adaptées au suivi d'utilisateurs),
    • 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 « Frouthaul » et « Backhaul » pour les réseaux cellulaires, accès radio pour les réseaux mobiles de cinquième génération etc.).
    État de l'art
  • Les bandes de fréquence millimétriques sont très intéressantes pour les systèmes de communication radio, grâce à de larges bandes spectrales disponibles autorisant des débits de transmission élevés. Par exemple, la bande autour de 60 GHz (57-66 GHz) est une bande libre, pouvant être exploitée sans licence dans le monde entier, et qui suscite donc un fort intérêt. Les communications sans fil autour de 60 GHz sont néanmoins limitées :
    • d'une part, par la résonance des molécules de dioxygène présentes dans l'air, qui absorbent une grande partie de l'énergie émise par le système de communication radio,
    • d'autre part, par les pertes liées à la propagation des ondes électromagnétiques dans l'espace libre (notées FSPL pour « Free-Space Path Loss » en langue anglaise) qui suivent une loi quadratique par rapport à la fréquence opérationnelle : FSPL = 4 πdf c 2
      Figure imgb0001
       où « d » est la distance entre deux antennes, « f » est la fréquence opérationnelle, et « c » est la célérité des ondes électromagnétiques (i.e. la vitesse de propagation dans le vide).
  • Il en résulte que le système de communication radio nécessite un fort gain. Cette problématique est commune aux fréquences millimétriques et sub-THz à partir de 30 GHz.
  • Il est connu de l'état de la technique, notamment de la thèse de doctorat de J. A. Zevallos Luna, « Intégration d'antennes pour objets communicants aux fréquences millimétriques », octobre 2014 (ci-après D1), d'associer un module émetteur-récepteur (« Transceiver » en langue anglaise) à un réseau transmetteur passif (cf. figure 6.1 de D1, et §5.4). Le réseau transmetteur est imprimé sur un substrat diélectrique (cf. figure 6.2 a) de D1). Le circuit intégré de l'émetteur-récepteur est formé sur une carte de circuit imprimé. Le réseau transmetteur est formé sur la carte de circuit imprimé, en regard de l'émetteur-récepteur, par l'intermédiaire de piliers diélectriques soutenant le substrat diélectrique.
  • Une telle solution de l'état de la technique n'est pas entièrement satisfaisante dans la mesure où les piliers diélectriques nuisent à la compacité du système de communication radio. En outre, l'antenne obtenue n'est pas reconfigurable en raison du réseau transmetteur passif.
    • 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 structure pour fabriquer des circuits intégrés destinés à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne reconfigurable à réseau transmetteur, la structure comportant :
    • une première plaquette, comprenant un ensemble de premiers composants actifs configurés pour introduire un déphasage, et présentant des première et seconde surfaces opposées ;
    • une première couche métallique, formée sur la première surface de la première plaquette ;
    • une première structure d'interconnexions, formée sur la seconde surface de la première plaquette, et électriquement connectée aux premiers composants actifs ; la première structure d'interconnexions comprenant des premières lignes de polarisation agencées pour polariser les premiers composants actifs ;
    • un ensemble de premières antennes planaires, formé sur la première structure d'interconnexions ;
    • une deuxième plaquette, présentant des première et seconde surfaces opposées ;
    • une deuxième couche métallique, formée sur la première surface de la deuxième plaquette ;
    • un ensemble de deuxièmes antennes planaires, formé sur la seconde surface de la deuxième plaquette ;
    les première et deuxième plaquettes étant assemblées par l'intermédiaire des première et deuxième couches métalliques de sorte que les ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires sont alignés, les première et deuxième couches métalliques formant un plan de masse.
  • L'ensemble de premières antennes planaires est formé sur la première structure d'interconnexions de sorte que chaque première antenne planaire est électriquement connectée aux premiers composants actifs.
  • L'ensemble de premières antennes planaires est formé sur la première structure d'interconnexions de sorte que les premières antennes planaires sont électriquement isolées entre elles afin de ne pas être mises en court-circuit.
  • L'ensemble de deuxièmes antennes planaires est formé sur la seconde surface de la deuxième plaquette de sorte que les deuxièmes antennes planaires sont électriquement isolées entre elles, afin de pas être mises en court-circuit.
    • Définitions
    • Par « lentille électromagnétique », on entend un réseau transmetteur, appelé également lentille discrète.
    • Par « plaquette » (« wafer » en langue anglaise), on entend un support physique autoporté, réalisé dans un matériau de base permettant l'intégration monolithique d'un dispositif électronique, ou d'un composant électronique/électro-optique, ou encore un système électromécanique (MEMS ou NEMS). A titre d'exemple non limitatif, une plaquette peut être une tranche découpée dans un lingot monocristallin de matériau semi-conducteur. Une plaquette peut également être réalisée dans un matériau diélectrique tel que le quartz. Il est aussi possible d'envisager une plaquette de type Semi-conducteur sur Isolant SeOI (« Semiconductor On Insulator » en langue anglaise), de préférence une plaquette de type Silicium sur Isolant SOI (« Silicon on Insulator » en langue anglaise).
    • Par « semi-conducteur », on entend que le matériau présente une conductivité à 300 K comprise entre 10-8 S.cm-1 et 102 S.cm-1.
    • Par « composants actifs », on entend des composants permettant d'agir, à l'aide d'un signal de commande (e.g. électronique ou optique), sur les caractéristiques de propagation d'une onde électromagnétique. Les composants actifs sont classiquement intégrés de manière monolithique à la plaquette par une unité de fabrication initiale FEOL (« Front-End-Of-Line » en langue anglaise), en utilisant par exemple des techniques de photolithographie, gravure, diffusion et implantation de dopants, dépôts métalliques, passivation etc. Les composants actifs sont de préférence des commutateurs.
    • Par « déphasage », on entend une modification de la phase d'une onde électromagnétique incidente, introduit par le ou les composants actifs, par exemple en provoquant un décalage temporel (retard temporel) de l'onde électromagnétique incidente.
    • Par « structure d'interconnexions », on entend un empilement de niveaux d'interconnexions comprenant des pistes métalliques noyées dans un matériau diélectrique. Une structure d'interconnexions est classiquement formée sur la plaquette par une unité de fabrication finale BEOL (« Back-End-Of-Line » en langue anglaise).
    • Par « matériau diélectrique », on entend que le matériau présente une conductivité électrique à 300 K inférieure à 10-8 S/cm.
    • Par « antenne planaire », on entend une surface plane électriquement conductrice (classiquement métallique) pouvant émettre/recevoir un rayonnement électromagnétique. Un exemple d'antenne planaire est la pastille micro-ruban (« patch » en langue anglaise).
    • L'expression « un ensemble de deuxièmes antennes planaires, formé sur la seconde surface de la deuxième plaquette » ne signifie pas nécessairement que les deuxièmes antennes planaires sont formées directement sur la seconde surface de la plaquette. Cette expression n'exclut pas la présence d'une entité interposée entre la seconde surface de la deuxième plaquette et les deuxièmes antennes planaires, par exemple une structure d'interconnexions.
    • Par « plan de masse », on entend une zone métallique formant un plan de masse électrique de manière à définir un potentiel de référence.
  • Ainsi, une telle structure selon l'invention permet une intégration monolithique des cellules élémentaires du réseau transmetteur avec les premiers composants actifs permettant de contrôler et modifier le déphasage introduit dans la cellule élémentaire correspondante, et ce de manière à pouvoir obtenir une antenne reconfigurable.
  • En outre, une telle intégration monolithique permet l'obtention future d'un circuit intégré avec des dimensions suffisamment faibles pour être compatibles avec des fréquences de fonctionnement de l'antenne reconfigurable supérieures à 30 GHz. En effet, afin d'obtenir des performances satisfaisantes, la dimension (et donc la périodicité) caractéristique des cellules élémentaires doit être inférieure ou égale à la demi-longueur d'onde des ondes électromagnétiques émises par la ou les sources primaires. Par exemple, lorsque la fréquence de fonctionnement est de 30 GHz, la dimension caractéristique des cellules élémentaires doit être inférieure ou égale à 0,5 cm.
  • La structure selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
  • Selon une caractéristique de l'invention, l'ensemble de premiers composants actifs comporte des couples de commutateurs, chaque couple de commutateurs étant associé à une première antenne planaire.
    • Définition
  • Par « commutateurs », on entend des éléments permettant d'autoriser ou d'interdire la circulation d'un courant électrique, par exemple entre deux surfaces de rayonnement disjointes d'une antenne planaire.
  • Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir introduire un déphasage en modifiant la longueur électrique effective de la première antenne planaire.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la première plaquette comprend un premier démultiplexeur configuré pour transmettre un signal de commande sur les premières lignes de polarisation.
  • Ainsi, un avantage procuré est d'obtenir une intégration monolithique du premier démultiplexeur avec les cellules élémentaires du réseau transmetteur et les premiers composants actifs.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la deuxième plaquette comprend un ensemble de deuxièmes composants actifs configurés pour introduire un déphasage ; la structure comportant une deuxième structure d'interconnexions, formée sur la seconde surface de la deuxième plaquette, et électriquement connectée aux deuxièmes composants actifs ; la deuxième structure d'interconnexions comprenant des deuxièmes lignes de polarisation agencées pour polariser les deuxièmes composants actifs ; l'ensemble de deuxièmes antennes planaires étant formé sur la deuxième structure d'interconnexions.
  • L'ensemble de deuxièmes antennes planaires est formé sur la deuxième structure d'interconnexions de sorte que chaque deuxième antenne planaire est électriquement connectée aux deuxièmes composants actifs.
  • L'ensemble de deuxièmes antennes planaires est formé sur la deuxième structure d'interconnexions de sorte que les deuxièmes antennes planaires sont électriquement isolées entre elles, afin de ne pas être mises en court-circuit.
  • Ainsi, un avantage procuré est d'augmenter le nombre d'états de phase ou de retards.
  • Selon une caractéristique de l'invention, l'ensemble de deuxièmes composants actifs comporte des couples de commutateurs, chaque couple de commutateurs étant associé à une deuxième antenne planaire.
  • Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir introduire un déphasage en modifiant la longueur électrique effective de la deuxième antenne planaire.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la deuxième plaquette comprend un deuxième démultiplexeur configuré pour transmettre un signal de commande sur les deuxièmes lignes de polarisation.
  • Ainsi, un avantage procuré est d'obtenir une intégration monolithique du deuxième démultiplexeur avec les cellules élémentaires du réseau transmetteur et les deuxièmes composants actifs.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la structure comporte des trous d'interconnexion agencés pour connecter électriquement les premières antennes planaires avec les deuxièmes antennes planaires leur faisant face, les trous d'interconnexion étant électriquement isolés du plan de masse.
    • Définition
    • Par « trou d'interconnexion » (« via » en langue anglaise), on entend un trou métallisé permettant d'établir une liaison électrique entre différents niveaux d'interconnexion.
  • Selon une caractéristique de l'invention, chaque première antenne planaire comporte des première et seconde surfaces de rayonnement disjointes ; les premières surfaces de rayonnement des premières antennes planaires étant électriquement connectées aux trous d'interconnexion ; les secondes surfaces de rayonnement des premières antennes planaires étant électriquement connectées aux premiers composants actifs.
    • Définition
  • Par « disjointes », on entend que les première et seconde surfaces de rayonnement sont séparées entre elles par une zone de séparation de manière à être électriquement isolées.
  • Selon une caractéristique de l'invention, chaque deuxième antenne planaire comporte des première et seconde surfaces de rayonnement disjointes ; les premières surfaces de rayonnement des deuxièmes antennes planaires étant électriquement connectées aux trous d'interconnexion ; les secondes surfaces de rayonnement des deuxièmes antennes planaires étant électriquement connectées aux deuxièmes composants actifs.
  • Selon une caractéristique de l'invention, les premiers composants actifs et/ou les deuxièmes composants actifs sont choisis parmi une diode, un transistor à effet de champ, un transistor bipolaire, un microsystème électromécanique.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la structure comporte des billes de brasage agencées pour établir une liaison métallique entre les première et deuxième couches métalliques.
  • Ainsi, un avantage procuré est d'obtenir une forte adhésion entre les première et deuxième couches métalliques, et garantir une interconnexion électrique.
  • Selon une caractéristique de l'invention, les première et deuxième plaquettes sont réalisées à base d'un matériau semi-conducteur, ou sont constituées d'un matériau semi-conducteur.
    • Définitions
    • Par « à base de », on entend que le matériau semi-conducteur est le matériau principal et majoritaire composant la plaquette.
    • Par « constitué », on entend que le matériau semi-conducteur est le seul et unique matériau composant la plaquette.
  • Ainsi, un avantage procuré est de faciliter l'intégration monolithique des premiers et deuxièmes composants actifs, avec une forte densité d'intégration possible.
  • L'invention a également pour objet un circuit intégré, fabriqué par une découpe d'une structure conforme à l'invention, la découpe étant exécutée de sorte que le circuit intégré comporte une pluralité de cellules élémentaires, comprenant chacune une première antenne planaire et une deuxième antenne planaire lui faisant face, de manière à assurer une fonction de lentille électromagnétique.
  • Autrement dit, l'invention a pour objet un circuit intégré, destiné à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne reconfigurable à réseau transmetteur, fabriqué par une découpe d'une structure conforme à l'invention, le circuit intégré comportant :
    • une portion de la première plaquette, comprenant des premiers composants actifs configurés pour introduire un déphasage, et présentant des première et seconde surfaces opposées ;
    • une partie de la première couche métallique, formée sur la première surface de la portion de la première plaquette ;
    • une partie de la première structure d'interconnexions, formée sur la seconde surface de la portion de la première plaquette, et électriquement connectée aux premiers composants actifs ; la partie de la première structure d'interconnexions comprenant des premières lignes de polarisation agencées pour polariser les premiers composants actifs ;
    • une partie de l'ensemble de premières antennes planaires, formée sur la partie de la première structure d'interconnexions ;
    • une portion de la deuxième plaquette, présentant des première et seconde surfaces opposées ;
    • une partie de la deuxième couche métallique, formée sur la première surface de la portion de la deuxième plaquette ;
    • une partie de l'ensemble de deuxièmes antennes planaires, formée sur la seconde surface de la portion de la deuxième plaquette ;
      les portions des première et deuxième plaquettes étant assemblées par l'intermédiaire des parties des première et deuxième couches métalliques de sorte que les parties des ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires sont alignées, les parties des première et deuxième couches métalliques formant un plan de masse, le circuit intégré comportant une pluralité de cellules élémentaires, comprenant chacune une première antenne planaire et une deuxième antenne planaire lui faisant face, de manière à assurer une fonction de lentille électromagnétique.
  • L'invention a également pour objet une antenne reconfigurable à réseau transmetteur, comportant :
    • une carte de circuit imprimé, présentant des première et seconde surfaces opposées ;
    • au moins un circuit intégré conforme à l'invention, formé sur la première surface de la carte de circuit imprimé ;
    • au moins un émetteur-récepteur, agencé pour émettre et recevoir une onde électromagnétique se propageant au sein de la carte de circuit imprimé ;
    • au moins une électronique de commande, configurée pour commander l'émetteur-récepteur et les premiers composants actifs du circuit intégré, et formée sur la seconde surface de la carte de circuit imprimé.
  • Ainsi, un avantage procuré est d'obtenir une antenne reconfigurable à réseau transmetteur très compacte en utilisant les deux faces opposées d'une carte de circuit imprimé pour intégrer la lentille électromagnétique et l'électronique de commande.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le circuit intégré est fabriqué par une découpe d'une structure conforme à l'invention, et l'électronique de commande est configurée pour commander les deuxièmes composants actifs du circuit intégré.
  • Selon une caractéristique de l'invention, l'antenne comporte des antennes planaires additionnelles formées sur la première surface de la carte de circuit imprimé, et faisant face aux cellules élémentaires du circuit intégré.
  • Ainsi, un avantage procuré est d'obtenir un réseau transmetteur capable de gérer des faisceaux indépendants, par exemple pour des applications multi-utilisateurs.
    • 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 références aux dessins joints.
    • Figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'une structure selon l'invention, illustrant la première plaquette munie des premiers composants actifs, la première structure d'interconnexions, les premières antennes planaires et la première couche métallique.
    • Figure 2 est une vue schématique partielle en coupe d'une structure selon l'invention, illustrant un premier mode de réalisation où la deuxième plaquette est dépourvue de composants actifs.
    • Figure 3 est une vue schématique partielle en coupe d'une structure selon l'invention, illustrant un deuxième mode de réalisation où la deuxième plaquette est munie de deuxièmes composants actifs.
    • Figure 4 est une vue schématique en coupe d'une structure selon l'invention, illustrant un mode de réalisation où la deuxième plaquette est dépourvue de composants actifs. Les traits pointillés indiquent une cellule élémentaire du réseau transmetteur.
    • Figure 5 est une vue schématique en coupe d'une structure selon l'invention, illustrant un mode de réalisation où la deuxième plaquette est munie de deuxième composants actifs. Les traits pointillés indiquent une cellule élémentaire du réseau transmetteur.
    • Figure 6 est une vue schématique de dessus d'une structure selon l'invention, illustrant la formation de motifs à la surface de la structure, par exemple par photolithographie à l'aide d'un masque (réticule). L'encart de la figure 6 est vue de dessus à l'échelle agrandie d'un motif, formé à la surface de la structure, et comportant plusieurs cellules élémentaires.
    • Figure 7 est une vue schématique en coupe d'une antenne reconfigurable selon l'invention.
    • Figure 8 est une vue schématique de dessus d'une antenne reconfigurable selon l'invention.
    • Figure 9 est une vue schématique en coupe d'une antenne reconfigurable selon l'invention, illustrant un mode de réalisation où des antennes planaires additionnelles sont formées à la surface de la carte de circuit imprimé.
    • Figure 10 est une vue schématique en coupe d'une antenne reconfigurable selon l'invention, illustrant un mode de réalisation où la carte de circuit imprimé est munie d'une pluralité de modules émetteur-récepteur. Les traits pointillés indiquent une zone de formation d'un faisceau sur une bande passante.
    • Figure 11 est une vue schématique en coupe d'une antenne reconfigurable selon l'invention, illustrant un mode de réalisation où la carte de circuit imprimé est munie d'un module émetteur-récepteur numérique. Les traits pointillés indiquent une zone de formation d'un faisceau sur une bande passante.
    • Les figures ne sont pas représentées à l'échelle par souci de lisibilité et pour en simplifier leur compréhension.
    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 structure 1 pour fabriquer des circuits intégrés IC destinés à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne 2 reconfigurable à réseau transmetteur, la structure 1 comportant :
    • une première plaquette W1, comprenant un ensemble de premiers composants actifs C1 configurés pour introduire un déphasage, et présentant des première et seconde surfaces W10, W11 opposées ;
    • une première couche métallique M1, formée sur la première surface W10 de la première plaquette W1 ;
    • une première structure d'interconnexions 3, formée sur la seconde surface W11 de la première plaquette W1, et électriquement connectée aux premiers composants actifs C1 ; la première structure d'interconnexions 3 comprenant des premières lignes de polarisation 30 agencées pour polariser les premiers composants actifs C1 ;
    • un ensemble de premières antennes planaires A1, formé sur la première structure d'interconnexions 3 ;
    • une deuxième plaquette W2, présentant des première et seconde surfaces W20, W21 opposées ;
    • une deuxième couche métallique M2, formée sur la première surface W20 de la deuxième plaquette W2 ;
    • un ensemble de deuxièmes antennes planaires A2, formé sur la seconde surface W21 de la deuxième plaquette W2 ;
      les première et deuxième plaquettes W1, W2 étant assemblées par l'intermédiaire des première et deuxième couches métalliques M1, M2 de sorte que les ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires A1, A2 sont alignés, les première et deuxième couches métalliques M1, M2 formant un plan de masse PM.
  • Des exemples de structure 1 sont illustrées aux figures 4 et 5.
    • Première plaquette
  • La première plaquette W1 est notamment illustrée à la figure 1. La première plaquette W1 est avantageusement réalisée dans un matériau semi-conducteur, de préférence sélectionné parmi le silicium, le germanium. La première plaquette W1 peut donc être semi-conductrice. La première plaquette W1 peut être réalisée à base d'un matériau semi-conducteur. La première plaquette W1 peut être constituée d'un matériau semi-conducteur.
  • La première plaquette W1 peut également être réalisée dans un matériau diélectrique tel que le quartz. Il est aussi possible d'envisager une première plaquette W1 de type Semi-conducteur sur Isolant SeOI (« Semiconductor On Insulator » en langue anglaise), de préférence de type Silicium sur Isolant SOI (« Silicon on Insulator » en langue anglaise).
    • Premiers composants actifs
  • Les premiers composants actifs C1 sont avantageusement intégrés à la première plaquette W1 par une unité de fabrication initiale FEOL (« Front-End-Of-Line » en langue anglaise), en utilisant par exemple des techniques de photolithographie, gravure, diffusion et implantation de dopants, dépôts métalliques, passivation connues de l'homme du métier. Dans le cas où la première plaquette W1 est réalisée dans un matériau diélectrique, les premiers composants actifs C1 peuvent être intégrés à la première plaquette W1 par des techniques de dépôt de couches minces.
  • Chaque première antenne planaire A1 comporte avantageusement des première et seconde surfaces de rayonnement A10, A11 disjointes, au sens où elles sont séparées entre elles par une zone de séparation de manière à être électriquement isolées entre elles. L'ensemble de premiers composants actifs C1 comporte avantageusement des couples de commutateurs, chaque couple de commutateurs étant associé à une première antenne planaire A1. Chaque couple de commutateurs appartient à un circuit de déphasage, et comprend 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 seconde surfaces de rayonnement A10, A11 disjointes de chaque première antenne planaire A1. Par « en alternance », on entend que le premier commutateur alterne entre l'état passant et l'état bloqué, tandis que, simultanément, le second commutateur 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.
  • Les premiers composants actifs C1 sont avantageusement choisis parmi une diode, un transistor à effet de champ, un transistor bipolaire, un microsystème électromécanique. Le transistor à effet de champ est de préférence un transistor de type MOS (« Metal Oxide Semiconductor » en langue anglaise). La diode peut être une diode de type p-i-n, une diode électro-optique, ou encore une diode de type varicap (« varactor » en langue anglaise). Les diodes de type p-i-n peuvent être réalisées en AlGaAs.
    • Première couche métallique
  • La première couche métallique M1 est préférentiellement réalisée en cuivre. La première couche métallique M1 peut être formée sur la première surface W10 de la première plaquette W1 par un procédé de métallisation.
    • Première structure d'interconnexions
  • La première structure d'interconnexions 3 est avantageusement formée sur la seconde surface W11 de la première plaquette W1 par une unité de fabrication finale BEOL (« Back-End-Of-Line » en langue anglaise).
  • Les premières lignes de polarisation 30 sont des pistes métalliques, de préférence réalisées en cuivre.
  • La première plaquette W1 comprend avantageusement un premier démultiplexeur DMUX1 configuré pour transmettre un signal de commande sur les premières lignes de polarisation 30. Afin de limiter le nombre d'entrées (et donc le nombre de fils), pour des raisons de compacité, il est possible d'organiser les premières lignes de polarisation 30 en matrices, et de prévoir un décodeur d'adresses.
    • Ensemble de premières antennes planaires
  • L'ensemble de premières antennes planaires A1 est formé sur la première structure d'interconnexions 3 de sorte que chaque première antenne planaire A1 est électriquement connectée aux premiers composants actifs C1. L'ensemble de premières antennes planaires A1 est formé sur la première structure d'interconnexions 3 de sorte que les premières antennes planaires A1 sont électriquement isolées entre elles afin de ne pas être mises en court-circuit.
  • Comme évoqué précédemment, chaque première antenne planaire A1 comporte avantageusement des première et seconde surfaces de rayonnement A10, A11 disjointes, au sens où elles sont séparées entre elles par une zone de séparation de manière à être électriquement isolées entre elles. A cet effet, une fente est avantageusement formée dans chaque première antenne planaire A1 pour isoler électriquement les première et seconde surfaces de rayonnement A10, A11 disjointes. La fente définit la zone de séparation. 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 seconde surfaces de rayonnement de la deuxième antenne planaire peut être assurée par un matériau diélectrique.
  • Les premières et secondes surfaces de rayonnement A10, A11 des premières antennes planaires A1 sont électriquement connectées aux premiers composants actifs C1.
    • Deuxième plaquette
  • La deuxième plaquette W2 est notamment illustrée aux figures 2 et 3. La deuxième plaquette W2 est avantageusement réalisée dans un matériau semi-conducteur, de préférence sélectionné parmi le silicium, le germanium. La deuxième plaquette W2 peut donc être semi-conductrice. La deuxième plaquette W2 peut être réalisée à base d'un matériau semi-conducteur. La deuxième plaquette W2 peut être constituée d'un matériau semi-conducteur.
  • La deuxième plaquette W2 peut également être réalisée dans un matériau diélectrique tel que le quartz. Il est aussi possible d'envisager une deuxième plaquette W2 de type Semi-conducteur sur Isolant SeOI (« Semiconductor On Insulator » en langue anglaise), de préférence de type Silicium sur Isolant SOI (« Silicon on Insulator » en langue anglaise).
    • Deuxièmes composants actifs
  • La deuxième plaquette W2 comprend avantageusement un ensemble de deuxièmes composants actifs C2 configurés pour introduire un déphasage. Les deuxièmes composants actifs C2 sont avantageusement intégrés à la deuxième plaquette W2 par une unité de fabrication initiale FEOL (« Front-End-Of-Line » en langue anglaise), en utilisant par exemple des techniques de photolithographie, gravure, diffusion et implantation de dopants, dépôts métalliques, passivation connues de l'homme du métier. Dans le cas où la deuxième plaquette W2 est réalisée dans un matériau diélectrique, les deuxièmes composants actifs C2 peuvent être intégrés à la deuxième plaquette W2 par des techniques de dépôt de couches minces.
  • Chaque deuxième antenne planaire A2 comporte avantageusement des première et seconde surfaces de rayonnement A20, A21 disjointes, au sens où elles sont séparées entre elles par une zone de séparation de manière à être électriquement isolées entre elles. L'ensemble de deuxièmes composants actifs C2 comporte avantageusement des couples de commutateurs, chaque couple de commutateurs étant associé à une deuxième antenne planaire A2. Chaque couple de commutateurs appartient à un circuit de déphasage, et comprend 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 seconde surfaces de rayonnement A20, A21 disjointes de chaque deuxième antenne planaire A2. Par « en alternance », on entend que le premier commutateur alterne entre l'état passant et l'état bloqué, tandis que, simultanément, le second commutateur 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.
  • Les deuxièmes composants actifs C2 sont avantageusement choisis parmi une diode, un transistor à effet de champ, un transistor bipolaire, un microsystème électromécanique. Le transistor à effet de champ est de préférence un transistor de type MOS («Metal Oxide Semiconductor » en langue anglaise). La diode peut être une diode de type p-i-n, une diode électro-optique, ou encore une diode de type varicap (« varactor » en langue anglaise). Les diodes de type p-i-n peuvent être réalisées en AlGaAs.
    • Deuxième couche métallique
  • La deuxième couche métallique M2 est préférentiellement réalisée en cuivre. La deuxième couche métallique peut être formée sur la première surface W20 de la deuxième plaquette W2 par un procédé de métallisation.
    • Deuxième structure d'interconnexions
  • La structure 1 comporte avantageusement une deuxième structure d'interconnexions 4, formée sur la seconde surface W21 de la deuxième plaquette W2, et électriquement connectée aux deuxièmes composants actifs C2. La deuxième structure d'interconnexions 4 est avantageusement formée sur la seconde surface W21 de la deuxième plaquette W2 par une unité de fabrication finale BEOL (« Back-End-Of-Line » en langue anglaise). L'ensemble de deuxièmes antennes planaires A2 est alors formé sur la deuxième structure d'interconnexions 4.
  • La deuxième structure d'interconnexions 4 comprend des deuxièmes lignes de polarisation 40 agencées pour polariser les deuxièmes composants actifs C2. Les deuxièmes lignes de polarisation 40 sont des pistes métalliques, de préférence réalisées en cuivre.
  • La deuxième plaquette W2 comprend avantageusement un deuxième démultiplexeur DMUX2 configuré pour transmettre un signal de commande sur les deuxièmes lignes de polarisation 40. Afin de limiter le nombre d'entrées (et donc le nombre de fils), pour des raisons de compacité, il est possible d'organiser les deuxièmes lignes de polarisation 40 en matrices, et de prévoir un décodeur d'adresses.
    • Ensemble de deuxièmes antennes planaires
  • L'ensemble de deuxièmes antennes planaires A2 est formé sur la deuxième structure d'interconnexions 4 de sorte que chaque deuxième antenne planaire A2 est électriquement connectée aux deuxièmes composants actifs C2. L'ensemble de deuxièmes antennes planaires A2 est formé sur la deuxième structure d'interconnexions 4 de sorte que les deuxièmes antennes planaires A2 sont électriquement isolées entre elles, afin de ne pas être mises en court-circuit.
  • Comme évoqué précédemment, chaque deuxième antenne planaire A2 comporte avantageusement des première et seconde surfaces de rayonnement A20, A21 disjointes, au sens où elles sont séparées entre elles par une zone de séparation de manière à être électriquement isolées entre elles. A cet effet, une fente est avantageusement formée dans chaque deuxième antenne planaire A2 pour isoler électriquement les première et seconde surfaces de rayonnement A20, A21 disjointes. La fente définit la zone de séparation. 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 seconde surfaces de rayonnement de la deuxième antenne planaire peut être assurée par un matériau diélectrique.
  • Les premières et secondes surfaces de rayonnement A20, A21 des deuxièmes antennes planaires A2 sont électriquement connectées aux deuxièmes composants actifs C2.
    • Assemblage des première et deuxième plaquettes
  • 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 de l'antenne 2 à réseau transmetteur est de 29 GHz.
  • La structure 1 comporte avantageusement des billes de brasage agencées pour établir une liaison métallique entre les première et deuxième couches métalliques M1, M2. Selon une alternative, les première et deuxième plaquettes W1, W2 peuvent être assemblées par l'intermédiaire des première et deuxième couches métalliques M1, M2 par un collage eutectique.
  • L'assemblage des première et deuxième plaquettes W1, W2 est exécuté de sorte que les ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires A1, A2 sont alignés. L'alignement des ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires A1, A2 peut être obtenu par une technique d'alignement connue de l'homme du métier, par exemple à l'aide de caméras CCD (« Charge Coupled Device » en langue anglaise).
  • Après l'assemblage des première et deuxième plaquettes W1, W2, la surface de la structure 1 est divisée en motifs 10, comme illustré à la figure 6. Les motifs 10 sont formés à la surface de la structure 1, par exemple par photolithographie à l'aide d'un masque (réticule). A titre d'exemple non limitatif, chaque motif 10 peut être de forme carrée (D étant la dimension des côtés) et peut présenter une aire de 20x20 mm2 lorsque les première et deuxième plaquettes W1, W2 présentent un diamètre de 200 mm. Le nombre de cellules élémentaires CE présentes dans un motif 10 dépend de la fréquence de fonctionnement de l'antenne 2, qui définit le pas p («pitch » en langue anglaise) des cellules élémentaires CE. A titre d'exemple non limitatif, pour une fréquence de fonctionnement de 28 GHz, un motif 10 carré avec une aire de 20x20 mm2 peut comporter 3x3 cellules élémentaires CE.
    • Connexion électrique entre les premières et deuxièmes antennes planaires
  • La structure 1 comporte avantageusement des trous d'interconnexion V agencés pour connecter électriquement les premières antennes planaires A1 avec les deuxièmes antennes planaires A2 leur faisant face, les trous d'interconnexion V étant électriquement isolés du plan de masse PM. Les trous d'interconnexion V traversent des ouvertures formées dans le plan de masse PM. Les ouvertures formées dans le plan de masse PM permettent à la fois l'isolation électrique avec les trous d'interconnexion V et la propagation des ondes électromagnétiques à travers le plan de masse PM. Lorsque les première et deuxième plaquettes W1, W2 sont réalisées en silicium, les trous d'interconnexion V sont de type TSV (« Through Silicon Via » en langue anglaise). A titre d'exemple, pour une fréquence de fonctionnement de 29 GHz, les trous d'interconnexion V présentent un diamètre de l'ordre de 150 µm. Les trous d'interconnexion V sont préférentiellement connectés aux premières et deuxièmes antennes planaires A1, A2 par des points de connexion. De manière générale, la position des points de connexion varie selon la géométrie spécifique des antennes planaires de manière à exciter le mode fondamental de résonance. Les trous d'interconnexion V s'étendent avantageusement suivant la normale aux surfaces des premières et deuxièmes antennes planaires A1, A2.
  • Lorsque chaque première antenne planaire A1 comporte des première et seconde surfaces de rayonnement A10, A11 disjointes, les premières surfaces de rayonnement A10 des premières antennes planaires A1 sont électriquement connectées aux trous d'interconnexion V.
  • Lorsque chaque deuxième antenne planaire A2 comporte des première et seconde surfaces de rayonnement A20, A21 disjointes, les premières surfaces de rayonnement A20 des deuxièmes antennes planaires A2 sont électriquement connectées aux trous d'interconnexion V.
    • Circuit intégré
  • Un objet de l'invention est un circuit intégré IC, fabriqué par une découpe d'une structure 1 selon l'invention, la découpe étant exécutée de sorte que le circuit intégré IC comporte une pluralité de cellules élémentaires CE, comprenant chacune une première antenne planaire A1 et une deuxième antenne planaire A2 lui faisant face, de manière à assurer une fonction de lentille électromagnétique.
  • La découpe peut être exécutée à l'aide d'une scie circulaire de précision, avec une lame à âme métallique ou à âme résinoïde diamantée. La découpe est exécutée suivant la normale aux surfaces W10, W11 ; W20, W21 des première et deuxième plaquettes W1, W2.
  • Autrement dit, un objet de l'invention est un circuit intégré IC, destiné à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne 2 reconfigurable à réseau transmetteur, fabriqué par une découpe d'une structure 1 selon l'invention, le circuit intégré IC comportant :
    • une portion de la première plaquette W1, comprenant des premiers composants actifs C1 configurés pour introduire un déphasage, et présentant des première et seconde surfaces W10, W11 opposées ;
    • une partie de la première couche métallique M1, formée sur la première surface W10 de la portion de la première plaquette W1 ;
    • une partie de la première structure d'interconnexions 3, formée sur la seconde surface W11 de la portion de la première plaquette W1, et électriquement connectée aux premiers composants actifs C1 ; la partie de la première structure d'interconnexions 3 comprenant des premières lignes de polarisation 30 agencées pour polariser les premiers composants actifs C1 ;
    • une partie de l'ensemble de premières antennes planaires A1, formée sur la partie de la première structure d'interconnexions 3 ;
    • une portion de la deuxième plaquette W2, présentant des première et seconde surfaces W20, W21 opposées ;
    • une partie de la deuxième couche métallique M2, formée sur la première surface W20 de la portion de la deuxième plaquette W2 ;
    • une partie de l'ensemble de deuxièmes antennes planaires A2, formée sur la seconde surface W21 de la portion de la deuxième plaquette W2 ;
      les portions des première et deuxième plaquettes W1, W2 étant assemblées par l'intermédiaire des parties des première et deuxième couches métalliques M1, M2 de sorte que les parties des ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires A1, A2 sont alignées, les parties des première et deuxième couches métalliques M1, M2 formant un plan de masse PM.
  • Le circuit intégré IC comporte une pluralité de cellules élémentaires CE, comprenant chacune une première antenne planaire A1 et une deuxième antenne planaire A2 lui faisant face, de manière à assurer une fonction de lentille électromagnétique.
    • Antenne reconfigurable
  • Comme illustré à la figure 7, un objet de l'invention est une antenne 2 reconfigurable à réseau transmetteur, comportant :
    • une carte de circuit imprimé 5, présentant des première et seconde surfaces 50, 51 opposées ;
    • au moins un circuit intégré IC selon l'invention, formé sur la première surface 50 de la carte de circuit imprimé 5 ;
    • au moins un émetteur-récepteur 6, agencé pour émettre et recevoir une onde électromagnétique se propageant au sein de la carte de circuit imprimé 5 ;
    • au moins une électronique de commande 60, configurée pour commander l'émetteur-récepteur 6 et les premiers composants actifs C1 du circuit intégré IC, et formée sur la seconde surface 51 de la carte de circuit imprimé 5.
    Carte de circuit imprimé
  • La carte de circuit imprimé 5 est réalisée dans un matériau diélectrique. A titre d'exemple non limitatif, la carte de circuit imprimé 5 peut être réalisée dans un matériau commercial tel que le RT/duroid® 6002. La carte de circuit imprimé 5 présente une épaisseur typiquement comprise entre 100 µm et 1500 µm pour une fréquence de fonctionnement de l'antenne 2 comprise entre 10 GHz et 300 GHz. A titre d'exemple non limitatif, la carte de circuit imprimé 5 peut présenter une épaisseur de l'ordre de 254 µm lorsque la fréquence de fonctionnement de l'antenne 2 est de 29 GHz.
  • Le ou les circuits intégrés IC peuvent être formés sur la première surface 50 de la carte de circuit imprimé 5 par un assemblage de type puce retournée (« flip-chip » en langue anglaise). Les circuits intégrés IC peuvent être agencés sur la première surface 50 de la carte de circuit imprimé 5 sous forme matricielle, comme illustré à la figure 8.
  • Comme illustré à la figure 9, l'antenne 2 comporte avantageusement des antennes planaires additionnelles A1' formées sur la première surface 50 de la carte de circuit imprimé 5, et faisant face aux cellules élémentaires CE du circuit intégré IC.
    • Emetteur-Récepteur
  • Chaque émetteur-récepteur 6 comporte au moins une source S rayonnante agencée pour émettre des ondes électromagnétiques. La source S rayonnante peut être réalisée sous la forme d'une antenne planaire formée au sein de la carte de circuit imprimé 5, s'étendant dans un plan focal dont la distance euclidienne avec la lentille électromagnétique définit la distance focale F (illustrée à la figure 7). La ou chaque source S rayonnante est avantageusement configurée pour opérer à une fréquence supérieure à 30 GHz (fréquences millimétriques et sub-THz).
  • Comme illustré à la figure 10, l'antenne 2 peut comporter une pluralité d'émetteurs-récepteurs 6. Lorsque les circuits intégrés IC sont agencés sur la première surface 50 de la carte de circuit imprimé 5 sous forme matricielle, chaque émetteur-récepteur 6 peut être dédié à une zone de la matrice.
  • Comme illustré à figure 11, la pluralité d'émetteurs-récepteurs 6 peut être commandée par une électronique de commande 60 numérique, dont les voies de sortie sont électriquement connectées aux sources S rayonnantes.
    • Electronique de commande
  • L'électronique de commande 60 est préférentiellement intégrée au sein d'une puce électronique montée sur la seconde surface 51 de la carte de circuit imprimé 5. L'électronique de commande 60 est avantageusement configurée pour également commander les deuxièmes composants actifs C2 du circuit intégré IC.
  • En l'absence de démultiplexeurs DMUX1, DMUX2 intégrées aux première et deuxième plaquettes W1, W2, des démultiplexeurs peuvent être déportés au sein de l'électronique de commande 60. Un exemple de pilotage des lignes de polarisation est donné dans la thèse de doctorat « Conception d'antennes à réseaux transmetteurs à dépointage et/ou formation de faisceau », A. Clemente, octobre 2012, aux pages 159-161.
  • 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, et de leur substituer des équivalents.

Claims (16)

  1. Structure (1) pour fabriquer des circuits intégrés (IC) destinés à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne (2) reconfigurable à réseau transmetteur, la structure (1) comportant :
    - une première plaquette (W1), comprenant un ensemble de premiers composants actifs (C1) configurés pour introduire un déphasage, et présentant des première et seconde surfaces (W10, W11) opposées ;
    - une première couche métallique (M1), formée sur la première surface (W10) de la première plaquette (W1) ;
    - une première structure d'interconnexions (3), formée sur la seconde surface (W11) de la première plaquette (W1), et électriquement connectée aux premiers composants actifs (C1) ; la première structure d'interconnexions (3) comprenant des premières lignes de polarisation (30) agencées pour polariser les premiers composants actifs (C1) ;
    - un ensemble de premières antennes planaires (A1), formé sur la première structure d'interconnexions (3) ;
    - une deuxième plaquette (W2), présentant des première et seconde surfaces (W20, W21) opposées ;
    - une deuxième couche métallique (M2), formée sur la première surface (W20) de la deuxième plaquette (W2) ;
    - un ensemble de deuxièmes antennes planaires (A2), formé sur la seconde surface (W21) de la deuxième plaquette (W2) ;
    les première et deuxième plaquettes (W1, W2) étant assemblées par l'intermédiaire des première et deuxième couches métalliques (M1, M2) de sorte que les ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires (A1, A2) sont alignés, les première et deuxième couches métalliques (M1, M2) formant un plan de masse (PM).
  2. Structure (1) selon la revendication 1, dans laquelle l'ensemble de premiers composants actifs (C1) comporte des couples de commutateurs, chaque couple de commutateurs étant associé à une première antenne planaire (A1).
  3. Structure (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la première plaquette (W1) comprend un premier démultiplexeur (DMUX1) configuré pour transmettre un signal de commande sur les premières lignes de polarisation (30).
  4. Structure (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle la deuxième plaquette (W2) comprend un ensemble de deuxièmes composants actifs (C2) configurés pour introduire un déphasage ; la structure (1) comportant une deuxième structure d'interconnexions (4), formée sur la seconde surface (W21) de la deuxième plaquette (W2), et électriquement connectée aux deuxièmes composants actifs (C2) ; la deuxième structure d'interconnexions (4) comprenant des deuxièmes lignes de polarisation (40) agencées pour polariser les deuxièmes composants actifs (C2) ; l'ensemble de deuxièmes antennes planaires (A2) étant formé sur la deuxième structure d'interconnexions (4).
  5. Structure (1) selon la revendication 4, dans laquelle l'ensemble de deuxièmes composants actifs (C2) comporte des couples de commutateurs, chaque couple de commutateurs étant associé à une deuxième antenne planaire (A2).
  6. Structure (1) selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle la deuxième plaquette (W2) comprend un deuxième démultiplexeur (DMUX2) configuré pour transmettre un signal de commande sur les deuxièmes lignes de polarisation (40).
  7. Structure (1) selon l'une des revendications 1 à 6, comportant des trous d'interconnexion (V) agencés pour connecter électriquement les premières antennes planaires (A1) avec les deuxièmes antennes planaires (A2) leur faisant face, les trous d'interconnexion (V) étant électriquement isolés du plan de masse (PM).
  8. Structure (1) selon la revendication 7, dans laquelle chaque première antenne planaire (A1) comporte des première et seconde surfaces de rayonnement (A10, A11) disjointes ; les premières surfaces de rayonnement (A10) des premières antennes planaires (A1) étant électriquement connectées aux trous d'interconnexion (V) ; les secondes surfaces de rayonnement (A11) des premières antennes planaires (A1) étant électriquement connectées aux premiers composants actifs (C1).
  9. Structure (1) selon la revendication 7 ou 8 en combinaison avec la revendication 4, dans laquelle chaque deuxième antenne planaire (A2) comporte des première et seconde surfaces de rayonnement (A20, A21) disjointes ; les premières surfaces de rayonnement (A20) des deuxièmes antennes planaires (A2) étant électriquement connectées aux trous d'interconnexion (V) ; les secondes surfaces de rayonnement (A21) des deuxièmes antennes planaires (A2) étant électriquement connectées aux deuxièmes composants actifs (C2).
  10. Structure (1) selon l'une des revendications 1 à 9, dans laquelle les premiers composants actifs (C1) et/ou les deuxièmes composants actifs (C2) sont choisis parmi une diode, un transistor à effet de champ, un transistor bipolaire, un microsystème électromécanique.
  11. Structure (1) selon l'une des revendications 1 à 10, comportant des billes de brasage agencées pour établir une liaison métallique entre les première et deuxième couches métalliques (M1, M2).
  12. Structure (1) selon l'une des revendications 1 à 11, dans laquelle les première et deuxième plaquettes (W1, W2) sont réalisées à base d'un matériau semi-conducteur, ou sont constituées d'un matériau semi-conducteur.
  13. Circuit intégré (IC), destiné à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne (2) reconfigurable à réseau transmetteur, fabriqué par une découpe d'une structure (1) selon l'une des revendications 1 à 12, le circuit intégré (IC) comportant :
    - une portion de la première plaquette (W1), comprenant des premiers composants actifs (C1) configurés pour introduire un déphasage, et présentant des première et seconde surfaces (W10, W11) opposées ;
    - une partie de la première couche métallique (M1), formée sur la première surface (W10) de la portion de la première plaquette (W1) ;
    - une partie de la première structure d'interconnexions (3), formée sur la seconde surface (W11) de la portion de la première plaquette (W1), et électriquement connectée aux premiers composants actifs (C1) ; la partie de la première structure d'interconnexions (3) comprenant des premières lignes de polarisation (30) agencées pour polariser les premiers composants actifs (C1) ;
    - une partie de l'ensemble de premières antennes planaires (A1), formée sur la partie de la première structure d'interconnexions (3) ;
    - une portion de la deuxième plaquette (W2), présentant des première et seconde surfaces (W20, W21) opposées ;
    - une partie de la deuxième couche métallique (M2), formée sur la première surface (W20) de la portion de la deuxième plaquette (W2) ;
    - une partie de l'ensemble de deuxièmes antennes planaires (A2), formée sur la seconde surface (W21) de la portion de la deuxième plaquette (W2) ;
    les portions des première et deuxième plaquettes (W1, W2) étant assemblées par l'intermédiaire des parties des première et deuxième couches métalliques (M1, M2) de sorte que les parties des ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires (A1, A2) sont alignées, les parties des première et deuxième couches métalliques (M1, M2) formant un plan de masse (PM), le circuit intégré (IC) comportant une pluralité de cellules élémentaires (CE), comprenant chacune une première antenne planaire (A1) et une deuxième antenne planaire (A2) lui faisant face, de manière à assurer une fonction de lentille électromagnétique.
  14. Antenne (2) reconfigurable à réseau transmetteur, comportant :
    - une carte de circuit imprimé (5), présentant des première et seconde surfaces (50, 51) opposées ;
    - au moins un circuit intégré (IC) selon la revendication 13, formé sur la première surface (50) de la carte de circuit imprimé (5) ;
    - au moins un émetteur-récepteur (6), agencé pour émettre et recevoir une onde électromagnétique se propageant au sein de la carte de circuit imprimé (5) ;
    - au moins une électronique de commande (60), configurée pour commander l'émetteur-récepteur (6) et les premiers composants actifs (C1) du circuit intégré (IC), et formée sur la seconde surface (51) de la carte de circuit imprimé (5).
  15. Antenne (2) selon la revendication 14, dans laquelle le circuit intégré (IC) est fabriqué par une découpe d'une structure (1) selon la revendication 4, et l'électronique de commande (60) est configurée pour commander les deuxièmes composants actifs (C2) du circuit intégré (IC).
  16. Antenne (2) selon la revendication 14 ou 15, comportant des antennes planaires additionnelles (A1') formées sur la première surface (50) de la carte de circuit imprimé (5), et faisant face aux cellules élémentaires (CE) du circuit intégré (IC).
EP20213640.4A 2019-12-18 2020-12-13 Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires Active EP3840116B1 (fr)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1914720A FR3105610B1 (fr) 2019-12-18 2019-12-18 Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP3840116A1 true EP3840116A1 (fr) 2021-06-23
EP3840116B1 EP3840116B1 (fr) 2024-02-07

Family

ID=69903479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20213640.4A Active EP3840116B1 (fr) 2019-12-18 2020-12-13 Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11296423B2 (fr)
EP (1) EP3840116B1 (fr)
FR (1) FR3105610B1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3123513B1 (fr) * 2021-06-01 2024-07-19 Commissariat Energie Atomique Empilement pour fabriquer un circuit intégré destiné à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne reconfigurable à réseau transmetteur

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3125362A1 (fr) * 2015-07-28 2017-02-01 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Cellule elementaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable
EP3392959A1 (fr) * 2017-04-14 2018-10-24 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Cellule élémentaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9812786B2 (en) * 2015-08-25 2017-11-07 Huawei Technologies Co., Ltd. Metamaterial-based transmitarray for multi-beam antenna array assemblies
FR3079075B1 (fr) * 2018-03-14 2020-03-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Antenne a reseau transmetteur large bande

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3125362A1 (fr) * 2015-07-28 2017-02-01 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Cellule elementaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable
EP3392959A1 (fr) * 2017-04-14 2018-10-24 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Cellule élémentaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. CLEMENTE, CONCEPTION D'ANTENNES À RÉSEAUX TRANSMETTEURS À DÉPOINTAGE ET/OU FORMATION DE FAISCEAU, October 2012 (2012-10-01), pages 159 - 161
J. A. ZEVALLOS LUNA, INTÉGRATION D'ANTENNES POUR OBJETS COMMUNICANTS AUX FRÉQUENCES MILLIMÉTRIQUES, October 2014 (2014-10-01)
J.A. ZEVALLOS LUNA: "Intégration d'antennes pour objets communicants aux fréquences millimétriques", 4 May 2016 (2016-05-04), pages 1 - 183, XP002800325, Retrieved from the Internet <URL:https://core.ac.uk/download/pdf/46807883.pdf> [retrieved on 20200907] *

Also Published As

Publication number Publication date
US20210194152A1 (en) 2021-06-24
EP3840116B1 (fr) 2024-02-07
FR3105610B1 (fr) 2021-12-17
FR3105610A1 (fr) 2021-06-25
US11296423B2 (en) 2022-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3125362B1 (fr) Cellule elementaire d&#39;un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable
EP3392959B1 (fr) Cellule élémentaire d&#39;un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable
EP3057130B1 (fr) Dispositif de transmission rf a reflecteur d&#39;ondes electromagnetiques integre
Cao et al. Advanced integration techniques on broadband millimeter-wave beam steering for 5G wireless networks and beyond
EP2656438B1 (fr) Cellule rayonnante a deux etats de phase pour reseau transmetteur
EP2532050B1 (fr) Antenne plane directive embarquée, véhicule comportant une telle antenne et système de télécommunication par satellite comportant un tel véhicule
EP2532046A1 (fr) Antenne plane à balayage pour application mobile terrestre, véhicule comportant une telle antenne et système de télécommunication par satellite comportant un tel véhicule
EP2673842A1 (fr) Antenne a base de guides a fentes annulaires
EP3840122B1 (fr) Cellule élémentaire d&#39;un réseau transmetteur
EP3840116B1 (fr) Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires
EP4099498A1 (fr) Empilement pour fabriquer un circuit intégré destiné à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne reconfigurable à réseau transmetteur
EP3840115A1 (fr) Antenne à cavité résonante compacte
EP2432072B1 (fr) Symétriseur large bande sur circuit multicouche pour antenne réseau
FR2724491A1 (fr) Antenne plaquee miniaturisee, a double polarisation, a tres large bande
EP1421643A1 (fr) Antenne a resonateur dielectrique polarisee circulairement
FR2858469A1 (fr) Antenne a cavite resonante, reconfigurable
FR2834131A1 (fr) Panneau dephaseur monolithique a diodes pin en silicium polycristallin et antenne utilisant ce panneau dephaseur
EP4092831A1 (fr) Antenne à réseau de distribution lacunaire
EP3537540A1 (fr) Découplage électromagnétique
FR3078830A1 (fr) &#34; decouplage electromagnetique &#34;

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20201213

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20230919

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: FRENCH

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 602020025291

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: LT

Ref legal event code: MG9D

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: MP

Effective date: 20240207

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240607

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240508

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MK05

Ref document number: 1655966

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20240207

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240507

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240507

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240507

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

Ref country code: LT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240607

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240508

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

Ref country code: BG

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240607

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240607

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207

Ref country code: LV

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240207