EP4378025A1 - Sonde de champ electromagnetique - Google Patents

Sonde de champ electromagnetique

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Publication number
EP4378025A1
EP4378025A1 EP22754369.1A EP22754369A EP4378025A1 EP 4378025 A1 EP4378025 A1 EP 4378025A1 EP 22754369 A EP22754369 A EP 22754369A EP 4378025 A1 EP4378025 A1 EP 4378025A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
probe
plane
capacitive roof
excitation
ground
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.)
Pending
Application number
EP22754369.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Loïc Marnat
Camille JOUVAUD
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 EP4378025A1 publication Critical patent/EP4378025A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0421—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/35—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using two or more simultaneously fed points
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means

Definitions

  • This description relates generally to the field of electromagnetic field probes. It applies in particular to wireless information transmissions, in particular in environments, such as at least partially closed cavities, in which the distribution of the magnetic and electric fields is not homogeneous.
  • the orientation and the distribution of the electric and magnetic fields are mainly governed by the size and the shape of the cavity as well as by the materials constituting it.
  • the electric and magnetic fields can be established in a quasi-homogeneous manner (so-called "fundamental" mode ).
  • the known probes generally remain sensitive to the orientation of the magnetic field, so that certain magnetic field orientations cannot or are difficult to be detected by these probes.
  • an electromagnetic field probe which can be sensitive to the two components which are the electric field and the magnetic field at any point in the volume of a medium (for example a cavity), and which is suitable to the transmission of information in the medium considered, in particular a medium in which the distribution of the magnetic and electric fields is not always homogeneous.
  • an electromagnetic field probe which can operate regardless of the orientation of the magnetic field in the plane of the probe.
  • One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known electromagnetic field probes.
  • One embodiment provides an electromagnetic field probe extending along a main plane and comprising:
  • an electrically conductive ground plane an electrically conductive capacitive roof, arranged at a distance from the ground plane; the ground plane and the capacitive roof being separated, at least over part of their interface, by a dielectric material;
  • each of said at least three vias being either an excitation via electrically connected to the capacitive roof, electrically insulated from the ground plane and intended to be connected to a source of power supply, or a ground return via electrically connecting the ground plane and the capacitive roof, the at least three vias comprising at least one excitation via and at least one ground return via; the at least three vias being arranged so as to form, when the at least one excitation via is powered, a first current loop and a second current loop, each current loop extending in the plane of the capacitive roof and in a direction substantially orthogonal to said capacitive roof, so as to be sensitive to a magnetic field substantially parallel to the plane of the capacitive roof, the first and second current loops having directions substantially orthogonal to each other in the plane capacitive roof
  • the at least three electrically conductive vias comprise: an excitation via, a first ground return via and a second ground return via; the first current loop traveling between the excitation via, the capacitive roof and the first ground return via; the second current loop traveling between the excitation via, the capacitive roof and the second ground return via.
  • the straight line connecting a connection point of the first ground return via in the plane of the capacitive roof and a connection point of the excitation via in the plane of the capacitive roof is substantially orthogonal to the line connecting a connection point of the second ground return via in the plane of the capacitive roof and a connection point of the excitation via in the plane of the capacitive roof.
  • the at least three electrically conductive vias comprise: a ground return via, a first excitation via and a second excitation via; the first current loop traveling between the first excitation via, the capacitive roof and the ground return via; the second current loop traveling between the second excitation via, the capacitive roof and the ground return via.
  • the straight line connecting a connection point of the first excitation via in the plane of the capacitive roof and a connection point of the ground return via in the plane of the capacitive roof is substantially orthogonal to the straight line connecting a connection point of the second excitation via in the plane of the capacitive roof and a connection point of the ground return via in the plane of the capacitive roof.
  • the probe comprises a slot constituted by an opening passing through the entire thickness of the capacitive roof.
  • the slot has axial symmetry with respect to a straight line passing through the connection point of the excitation via in the plane of the capacitive roof and passing substantially at equal distance from the connection point of the first via back ground in the plane of the capacitive roof and the connection point of the second ground return via in the plane of the capacitive roof.
  • the slot has axial symmetry with respect to a straight line passing through the connection point of the ground return via in the plane of the capacitive roof and passing substantially at equal distance from the connection point of the first excitation via in the plane of the capacitive roof and of the connection point of the second excitation via in the plane of the capacitive roof.
  • the probe further comprises at least one complementary electrically conductive via, the at least one complementary via being a complementary ground return via or a complementary excitation via.
  • the dielectric material is air.
  • the dielectric material is a substrate, for example an organic substrate or a ceramic substrate.
  • the dimensions of the probe in the main plane are less than a quarter of the wavelength of use of said probe, for example between a twentieth and a quarter of the length of wavelength of use of said probe, or even between one twentieth and one tenth of the wavelength of use of said probe.
  • the height of the probe is less than one thirtieth of the wavelength of use of said probe, for example between one hundredth and one thirtieth of the wavelength of use of said probe, or even between one hundred fifth and one thirtieth of the wavelength of use of said probe.
  • the ground plane is parallel to the capacitive roof.
  • One embodiment provides a method of manufacturing an electromagnetic field probe comprising:
  • a considered medium is for example an at least partially closed cavity, such as for example a metal cavity.
  • FIG. 1A represents a probe according to one embodiment in top view (main plane);
  • Figure IB shows the probe of Figure IA seen in section along a plane perpendicular to the main plane (section BB);
  • FIG. IC represents the probe of FIG. IA according to a 3D view
  • FIG. 2 represents the block diagram of a probe according to one embodiment
  • FIG. 3 represents a probe according to another embodiment in top view
  • FIG. 4 represents a probe according to another embodiment in top view
  • FIG. 5A [0038] FIG. 5A;
  • FIG. 5C illustrates the results of measurements obtained for a probe oriented in two orientations at 90° relative to each other so as to be equivalent to a probe according to one embodiment
  • FIG. 6A illustrates a first example of use of a probe according to one embodiment
  • FIG. 6B illustrates a second example of use of a probe according to one embodiment
  • FIG. 6C illustrates a third example of use of a probe according to one embodiment.
  • the dimensions of a probe in the main plane correspond to the dimensions in two directions perpendicular to the main plane, for example a first direction X and a second direction Y.
  • a probe of rectangular shape e.g. square
  • the dimensions in the main plane correspond to the two sides of the rectangle
  • the dimensions in the main plane correspond to the diameter of the circle
  • the dimensions in the principal plane correspond to the two axes of the ellipse.
  • the wavelength of use of a probe is defined as follows: if the probe is designed to work at one wavelength, then the wavelength of use of the probe is this length of wave.
  • FIGS. 1A, 1B and 1C show three views of a probe 10 according to one embodiment: a top view (main plane), a section BB along a plane perpendicular to the main plane XY and a 3D view.
  • the electromagnetic field probe 10 represented comprising:
  • ground return vias being able to electrically connect the ground plane 12 and the capacitive roof
  • the excitation via 110 is not electrically connected to the ground plane 12.
  • ground return vias can be referred to as "ground via”.
  • a ground return via has the function of forming a short-circuit between the ground plane 12 and the capacitive roof 13.
  • the capacitive roof 13 is electrically conductive and preferably adopts a planar shape (for example in the form of a plate or a metal deposit on a substrate).
  • the ground plane 12 is electrically conductive and preferably adopts a planar shape (for example in the form of a plate or a metal deposit on a substrate).
  • the capacitive roof 13 is preferably substantially parallel to the ground plane 12.
  • the probe extends along a main XY plane.
  • the capacitive roof 13 being parallel to the ground plane 12, it is considered that the capacitive roof, the ground plane and therefore the probe extend along the same main plane XY (of thickness equal to the distance between the ground plane and the capacitive roof, to which are added the thicknesses of the ground plane and the capacitive roof).
  • ground plane 12, the capacitive roof 13 and each via can each be at least partially, in a non-limiting manner, made of metal, for example copper, aluminum or steel.
  • the line CC connecting the connection point 111A of the first ground via 111 in the plane of the capacitive roof 13 and the connection point 110A of the excitation via 110 in the plane of the capacitive roof 13 is substantially orthogonal to the line DD connecting the connection point 112A of the second ground via 112 in the plane of the capacitive roof 13 and the connection point 110A of the excitation via 110 in the plane of the capacitive roof 13.
  • the second ground via 112 is located symmetrically to the first ground via 111 with respect to the diagonal AA (or axis of symmetry AA) of the capacitive roof 13 passing through the connection point 110A of the excitation via 110 in the plane of the capacitive roof.
  • the first 111 and second 112 ground return vias are not arranged according to a central symmetry with respect to the excitation via 110, and this, so as to be able to pick up the magnetic field in two different directions of the main plane XY , as explained later.
  • each current loop is substantially orthogonal to the ground plane, although it also travels in the plane of the capacitive roof.
  • the power supply loop extends along a profile included, or which can be projected orthogonally, in a plane orthogonal to the ground plane. In other words, the profile of such a loop can travel, along the length of the loop, within a plane substantially orthogonal to the ground plane.
  • each current loop extends vertically (in the direction Z) and in a direction of the main plane XY, the two current loops having directions substantially orthogonal to each other in the plane principal XY. Therefore, the first current loop 201 is sensitive to the magnetic field H1 in the first direction X of the main plane XY, and the second current loop 202 is sensitive to the magnetic field H2 in the second direction Y of the main plane XY, as this is explained later. It is specified that the second direction Y is orthogonal to the first direction X.
  • the capacitive roof 13 comprises a slot 130 corresponding to an opening in the entire thickness of the capacitive roof, and having two parts 1301, 1302 substantially symmetrical to each other with respect to the axis of AA symmetry.
  • Each part has a rectangular spiral shape forming an angle of 45° with the axis of symmetry AA. This spiral shape makes it possible to obtain a large slot length even when the dimensions of the capacitive roof are small.
  • Increasing the length of the slot makes it possible to reduce the working frequency of the probe. More broadly, the presence and dimensioning of a slot in the capacitive roof makes it possible to adjust the working frequency of the probe. In particular, the length of the slit has an impact on the resonant frequency of the probe.
  • slot shape is not limiting and other slot shapes are possible to obtain a given slot length.
  • the slot may have other rectilinear shapes, other spiral shapes or meandering shapes.
  • the slot can be divided into several sections connected to each other to form a continuous slot.
  • the presence and dimensioning of a slot also make it possible to adjust the input impedance (and/or the output impedance) of a probe to a given value according to different embodiments. This dimensioning is carried out by taking into account the propagation of the currents on the capacitive roof and by modifying the latter so as to obtain a desired input impedance (and/or output impedance).
  • the slot can be sized to adjust the input impedance of a probe to a given value, for example 50 Ohms, which is a typical impedance in the field of wireless information transmissions.
  • a probe according to different embodiments has several design parameters to be able to act on all or part of its characteristics, in particular on its working frequency and wavelength, its impedance input, its output impedance, and/or its radiation efficiency: the diameters of the vias: mainly make it possible to act on the impedance of the probe; the distances between the vias: mainly allow to act on the impedance of the probe; the dimensions of the probe / of the capacitive roof: mainly make it possible to act on the resonance frequency of the probe;
  • the height of the probe mainly allows to act on the bandwidth of the probe (quality factor); the choice of the dielectric material: mainly allows to act on the resonance frequency of the probe.
  • the diameters of the vias and the distances between the vias can make it possible to adjust the input impedance of the probe so that it is adapted, for example, to that of a measurement system (for example a sensor), and/or to that of a communicating system (for example an RFIC radiofrequency chip).
  • a measurement system for example a sensor
  • a communicating system for example an RFIC radiofrequency chip
  • the dimensions in the main plane of the ground plane are greater than or equal, for example equal, to those of the capacitive roof.
  • the dielectric material can be:
  • a dielectric substrate for example: an organic substrate, for example a Rogers 4003® substrate, a duroid 5880® substrate, an FR4 substrate; a ceramic substrate, for example a Rogers Curamik® substrate, or a substrate based on low temperature cofired ceramics (LTCC for “Low Temperature Cofired Ceramic”).
  • an organic substrate for example a Rogers 4003® substrate, a duroid 5880® substrate, an FR4 substrate
  • a ceramic substrate for example a Rogers Curamik® substrate, or a substrate based on low temperature cofired ceramics (LTCC for “Low Temperature Cofired Ceramic”).
  • a dielectric substrate may consist of a superposition of several layers of dielectric materials, optionally with different dielectric materials, or even mixed organic/ceramic materials.
  • the vias can perform a mechanical support function for the capacitive roof on the ground plane.
  • pillars made of insulating material for example plastic or nylon, can be added between the ground plane and the capacitive roof to reinforce the mechanical retention of the capacitive roof on the ground plane. These pillars can be placed under the capacitive roof or on the edges of said roof.
  • the ground and excitation vias can have different profiles (circular, polygonal, etc.).
  • their diameters can be of the order of 1 mm or between 100 ⁇ m and 5 mm.
  • the electrical dimensions of the probe (reduced to the working wavelength of the probe) in the plane can be between 1/20 and 1/4, or even between 1/20 and 1/10, or still between 1/20 and 1/15.
  • the electrical height of the probe (reduced to the working wavelength of the probe) is preferably less than or equal to 1/30.
  • the probe has a height, reduced to its working wavelength, very below standard heights. It may be between 1/150 and 1/30, or even between 1/100 and 1/30, for example substantially equal to 1/100.
  • the probe can have reduced dimensions.
  • the dimensions can be reduced without it being necessary to increase the number of ground return vias and/or without it being necessary to dispose the ground return vias within a magneto-magnetic material.
  • dielectric the dielectric material between the ground plane and the capacitive roof can be air or a dielectric material that is not necessarily magnetic.
  • the probe can in particular be integrated into different types of medium and/or transmission systems.
  • the probe 10 of FIG. 2 can be intended to work at a frequency of 433 MHz.
  • the dimensions of the probe in the main plane XY equivalent in this example to the dimensions of the capacitive roof, can be 40 ⁇ 40 mm 2 .
  • the height hl of the probe can be 4 mm.
  • the diameters of the vias can be 1.5 mm for the excitation via and 0.3 mm for the ground vias and the distance D4 between each ground via and the excitation via can be 8 mm.
  • the length of the slot can be equal to 164.4 mm and the width equal to 1.65 mm.
  • This length can be obtained by forming two rectangular spirals with five segments, two consecutive segments being perpendicularly connected to each other as illustrated in figure IA, each spiral comprising: a first segment of length L1 equal to 21 mm, a second segment of length L2 equal to at 13.15 mm, a third segment of length L3 equal to 24.65 mm, a fourth segment of length L4 equal to 11.2 mm and a fifth segment of length L5 equal to 12.2 mm.
  • the first spiral 1301 is separated by a distance DI from the line CC.
  • the second spiral is a same distance DI from the line DD. In the example, the distance DI is equal to 3 mm.
  • Figure 2 shows the block diagram of a probe, taking as an example the probe 10 of Figures IA to IC, although the block diagram can be applied to a probe according to another embodiment.
  • the probe shown in the principle diagram is a probe of FIGS. IA to IC seen in section CC according to a plane perpendicular to the main plane XY (the section plane is visible in FIG. IA).
  • the excitation via 110 when powered by a power source 300, generates a first current 200 which is concentrated in the first ground via 111, which makes the probe sensitive to vertical electric fields E . Furthermore, a second current is generated, which forms a first current loop 201 between the excitation via 110, the capacitive roof 13 and the first ground via 111, which makes the probe sensitive to the magnetic field components H1 according to the first X direction of the main XY plane of the probe.
  • the probe can be coupled omnidirectionally to the electromagnetic field: to the vertical electric field E (in the Z direction) and to the magnetic field H in the main XY plane (being sensitive to the components in the two perpendicular directions X, Y of the plane).
  • FIG. 3 represents a probe 10' according to another embodiment, in a top view.
  • the probe 10' represented differs from the probe of FIGS. 1A-1C by the shape of the slot 131, and by the reduction in its length.
  • the slot 131 has two parts 1311, 1312 substantially symmetrical with respect to the axis of symmetry AA of the capacitive roof 13, each part forming an angle of 45° with said axis of symmetry, but it differs in that each of the two parts 1311, 1312 is arranged in three segments connected perpendicularly to each other, thus reducing the length of the slot compared to a five-segment slot. Reducing the length of the slot makes it possible to increase the working frequency of the probe.
  • the probe 10' of FIG. 3 can be intended to operate at a frequency of 900 MHz.
  • the dimensions of the probe in the main plane XY equivalent in this example to the dimensions of the capacitive roof, can be 30 ⁇ 30 mm 2 .
  • the height of the probe can be 4 mm.
  • the diameters of the vias can be 1.8 mm for the drive via and 0.8 mm for the ground vias and the distance between each ground via and the drive via can be 5 mm.
  • the slot length can be 65mm and the width 1mm.
  • the length can be obtained by forming two rectangular spirals with three segments each, two consecutive segments being connected perpendicularly to each other as illustrated in figure 3, each spiral comprising: a first segment of length L1 equal to 14.93 mm, a second segment of length L2 equal to 8.95 mm and a third segment of length L3 equal to 8.7 mm.
  • the first spiral 1311 is separated by a distance DI from the line CC.
  • the second spiral 1312 is a same distance DI from the line DD.
  • the distance DI is equal to 4.2 mm.
  • each second segment is distant by a distance D2 from the edge of the capacitive roof, for example equal to 4.2 mm and each third segment is distant by a distance D3 from the edge of the capacitive roof, for example equal to 1.8 mm.
  • FIG. 4 represents a 10′′ probe according to another embodiment in top view.
  • the probe represented differs from the probe of FIGS. 1A-1C in that it comprises a ground return via 113 and first and second excitation vias 114, 115 (instead of a via of excitation 110 and two ground return vias 111, 112 for probe 10 of FIGS. 1A-1C).
  • Figure 2 The description of Figure 2 applies to this other embodiment, except that the first current loop 201 is formed by the first excitation via 114 and the ground via 113 connected with the capacitive roof 13 and that the second current loop 202 is formed by formed by the second excitation via 115 and the ground via 113 connected with the roof 13.
  • This other embodiment makes it possible to discriminate between the two orthogonal components of the magnetic field in the main plane XY.
  • the proportion of the magnetic field H1 oriented along the X axis couples with the first current loop 201.
  • the magnetic field oriented along the Y axis is not or is very weakly coupled to the first current loop 201
  • the proportion of the magnetic field H2 oriented along the Y axis couples with the second current loop 202.
  • the magnetic field oriented along the X axis is not or is very weakly at the second current loop 202.
  • the first and second excitation vias 114, 115 are not electrically connected to the ground plane 12.
  • the first and second excitation vias 114, 115 can be powered either by the same power source capable of supplying two currents (which can be out of phase with respect to each other), or by two independent power sources.
  • the second excitation via 115 is located symmetrically to the first excitation via 114 with respect to the diagonal (or axis of symmetry) AA of the capacitive roof 13 passing through the connection point 113A of the ground via 113 in the plane of the capacitive roof.
  • the first 114 and second 115 excitation vias are not arranged in a central symmetry with respect to the ground return via 113, and this, so as to be able to pick up the magnetic field in two different directions of the main plane XY , as explained later.
  • the probe may comprise a fourth via which may be: - an additional ground return via: according to a variant referring to the mode of FIGS. 1A-1B or 2,
  • a complementary ground return via can be substantially aligned with the first ground via 111 and the excitation via 110 or with the second ground via 112 and the excitation via 110, and this, either on the same side as the first or second ground via with respect to the axis of symmetry AA, or on the other side; according to another variant referring to the mode of FIG.
  • a complementary ground return via can be substantially aligned with the ground via 113 and the first excitation via 114 or with the ground via 113 and the second via d excitation 115, either on the same side as the first or second excitation via with respect to the axis of symmetry AA, or on the other side;
  • an additional excitation via can be substantially aligned with the first ground via 111 and the excitation via 110 or with the second ground via 112 and the excitation via 110, either on the same side as the first or second ground via with respect to the axis of symmetry AA, or on the other side; in this case, all of the excitation vias of the same current loop 201 and 202 are electrically connected together.
  • a complementary ground return via for example, mainly controls the amplitude of the probe's resonance and a complementary excitation via, for example, controls the imaginary part of the probe's input impedance. .
  • the capacitive roof preferably has a substantially square shape, but the embodiments are of course not limited to this type of shape.
  • the capacitive roof can for example have a polygonal shape other than square, a circular or oval shape, or any other suitable shape.
  • a substrate 14 made of dielectric material for example an FR4 type substrate, then:
  • a metal layer is formed on the lower surface 14B of the substrate to produce a ground plane 12 according to defined dimensions
  • a metal layer is formed on the upper surface 14A of the substrate to produce a capacitive roof 13 according to defined dimensions
  • a slot 130, 131 is formed in the thickness of the capacitive roof 13 according to a defined length and pattern
  • ground vias 111, 112 are formed in the dielectric substrate electrically connecting the ground plane 12 and the capacitive roof 13 as well as an excitation via 110 (or excitation vias (114, 115) electrically connected to the capacitive roof 13, but electrically isolated from the ground plane 12;
  • a fifth step (which can be before or after the fourth step), an opening is formed in the thickness of the ground plane 12 in order to pass the excitation via 110 (or in certain cases, several openings to pass several excitation vias 114, 115), and each excitation via is electrically isolated from the ground plane, for example by adding electrical insulation at each drive via pass through the ground plane.
  • the first step may comprise a step of metallization of the substrate made of dielectric material entirely on its lower surface to form the ground plane.
  • the second step may include a step of metallization of the substrate in dielectric material at least partially on its upper surface to form the capacitive roof.
  • the third step can include a step of machining or etching the capacitive roof to form the slot.
  • the fourth step may include a step of printing the vias in the substrate, according to known techniques in the field of microelectronics.
  • the first and second steps are then no longer necessary.
  • two single-sided substrates one side metallized on an insulating layer
  • the metallized face of each substrate can be etched, if necessary, to form the slot in the substrate forming the capacitive roof and/or to form the opening(s) in the substrate forming the ground plane in order to make pass the excitation via(s).
  • the two single-sided substrates are then assembled by their insulating layers, each previously coated with a layer of glue. The structure thus obtained is then drilled and the holes are metallized in order to form the ground and excitation vias.
  • the dielectric material being air.
  • the first and second steps are then eliminated and can be replaced by a step of arranging a metal plate to form a ground plane according to defined dimensions and another step of arranging another metal plate to form a capacitive roof according to defined sizes.
  • the ground and excitation vias are not formed in the substrate.
  • the ground via(s) can be assembled (for example welded or screwed) to the ground plane and to the capacitive roof, and the via(s) ) excitation can (Fri) t be assembled (for example welded (s) or screwed (s)) to the capacitive roof while being electrically isolated (s) from the ground plane.
  • pillars made of insulating material for example plastic or nylon, can be added between the ground plane and the capacitive roof. These pillars can be placed under the capacitive roof or on the edges of said roof.
  • FIGS. 5A to 5C illustrate the results of measurements, obtained for a probe oriented according to two orientations at 90° relative to each other so as to be equivalent to a probe according to one embodiment, compared with measurement results obtained for probes of the state of the art, and this, within a cylindrical metal cavity with a diameter of 336 millimeters.
  • the abscissa represents the operating frequency of each probe considered.
  • the ordinate represents the transmission loss in dB between a transmitting antenna placed at one point of the cavity and the probe considered at different points of the cavity.
  • curves 501 and 502 represent the minimum and maximum transmission levels between a transmitting antenna and the probe according to one embodiment, the curves 501 representing the minimum levels and the curves 502 representing the maximum levels .
  • Other graphs 503, 504 show results obtained with prior art probes positioned in two orientations orthogonal to each other.
  • FIG. 5A illustrates the measurement results obtained for frequencies between 300 and 500 MHz.
  • FIG. 5B illustrates the results of measurements obtained for frequencies comprised between 600 and 1100 MHz.
  • FIG. 5C illustrates the results of measurements obtained for frequencies comprised between 1800 and 2600 MHz.
  • the curves 501, 502 show that the probe according to one embodiment makes it possible to compensate for these transmission losses, even for very high frequencies.
  • the areas surrounded by dotted lines correspond to examples of areas in which the probe very clearly improves the transmission compared with the probes of the state of the art.
  • FIGS. 6A, 6B and 6C illustrate three examples of use of a probe according to one embodiment.
  • a component 20 for example a sensor or an RFIC chip
  • a probe 10 is coupled with a probe 10 according to one embodiment, the probe-component assembly being in a cavity 40.
  • an antenna 30 is adapted to emit electromagnetic waves 50 into the cavity 40 in order to communicate with the component coupled to the probe. Modes are established in the cavity, the electromagnetic field is picked up by the probe, which can back-scatter the information from the component to the antenna 30.
  • the component is placed under the probe, in contact with it. this .
  • a component 20 is connected by a connector to a probe 10 according to one embodiment, only the probe is in a cavity 40. Furthermore, an antenna 30 is adapted to emit waves 50 in the cavity 40, and is also connected by a connector to the component 20. Modes are established in the cavity, the electromagnetic field generated by the antenna 30 (respectively the probe 10) is picked up by the probe 10 (respectively the antenna 30) in order to perform, for example, measurements in transmission.
  • a component 20 is connected by a connector to a probe 10 according to one embodiment, only the probe is in a cavity 40. Furthermore, an antenna 30 is adapted to emit electromagnetic waves 50 in the cavity 40.
  • One objective of this configuration is for example to measure the field emitted by the antenna 30 in order to map the value of the components of the electromagnetic field for any position of the probe 10 in the cavity.
  • the illustrated cavity may be closed or partially closed.
  • - metrology for example near-field measurements
  • communication for example the wireless transmission of information in large cavities
  • ground plane and the capacitive roof are represented as being of the same surface.
  • the ground plane may have a larger area than the capacitive roof, or even the capacitive roof may have a larger area than the ground plane.
  • the capacitive roof does not necessarily include a slot.

Landscapes

  • Measuring Leads Or Probes (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

La présente description concerne une sonde (10) de champ électromagnétique comprenant : - un plan de masse (12); - un toit capacitif (13); le plan de masse et le toit capacitif étant séparés par un matériau diélectrique (14); - au moins trois vias (110, 111, 112) s'étendant au travers du matériau diélectrique et comprenant au moins un via d'excitation et au moins un via de retour de masse agencés de manière à former, lorsque le au moins un via d'excitation est alimenté, deux boucles de courant, chaque boucle de courant s'étendant dans le plan du toit capacitif et dans une direction orthogonale audit toit capacitif, de sorte à être sensible à un champ magnétique (H1, H2) parallèle au plan du toit capacitif, les boucles de courant ayant des directions orthogonales l'une par rapport à l'autre dans le plan du toit capacitif.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Sonde de champ électromagnétique
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR2108129 déposée le 27 juillet 2021, qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.
Domaine technique
[0001]La présente description concerne de façon générale le domaine des sondes de champ électromagnétique. Elle s'applique notamment aux transmissions d'informations sans fil, en particulier dans des milieux, tels que des cavités au moins partiellement fermées, dans lesquels la répartition des champs magnétique et électrique n'est pas homogène.
Technique antérieure
[0002]Dans le domaine des transmissions d'informations, et plus précisément des transmissions sans fil utilisant des ondes électromagnétiques, certains milieux sont tels que la répartition des champs magnétique et électrique n'est pas toujours homogène. Cela peut se produire notamment lorsqu'on souhaite transmettre des informations au sein de milieux au moins partiellement fermés, dont des dimensions ramenées à la longueur d'onde du champ électromagnétique (dimensions électriques) sont supérieures à une limite physique. Un exemple de milieu concerne une cavité métallique au moins partiellement fermée sur au moins une longueur donnée.
[0003]Pour transmettre des informations au sein d'une telle cavité métallique, il est typique d'utiliser une sonde du type à pointe ou brin (pour le champ électrique) et/ou une sonde du type à boucle (pour le champ magnétique) afin d'exciter un mode d'établissement du champ électromagnétique et se coupler au champ électromagnétique généré en retour dans la cavité. Il est alors possible de communiquer entre deux points de la cavité à condition que la (les) sonde(s) se couple(nt) avec le/les mode(s) établi(s) du champ électromagnétique dans la cavité.
[0004]Or, dans une cavité fermée, l'orientation et la distribution des champs électrique et magnétique sont principalement régies par la taille et la forme de la cavité ainsi que par les matériaux la constituant. Par exemple, pour une cavité fermée dont au moins une des dimensions transversales est de l'ordre de la demi- longueur d'onde du champ électromagnétique, les champs électrique et magnétique peuvent s'établir de manière quasi homogène (mode dit « fondamental »). En revanche, lorsque les deux dimensions transversales d'une cavité fermée sont supérieures à environ la demi-longueur d'onde du champ électromagnétique, des répartitions de champs électrique et magnétique non homogènes présentant des minimums et de maximums apparaissent (modes dits « d'ordres supérieurs »), avec des zones où le champ électrique et/ou le champ magnétique est très faible, voire nul, et d'autres zones où le champ électrique et/ou le champ magnétique est très élevé.
[0005]En outre, la répartition des champs électrique et magnétique varie en fonction de la fréquence du champ électromagnétique dans la cavité. Pour une même taille et une même forme de cavité, plus la fréquence augmente, plus des modes d'ordres supérieurs apparaissent et moins les champs deviennent homogènes dans la cavité. Un corollaire est que plus la fréquence est élevée, plus la probabilité d'être confronté à des chutes (ou « nuis ») de champs est importante . [0006]Ces phénomènes rendent la transmission d'informations sans fil dépendant de la position d'une sonde dans la cavité. En d'autres termes, ces phénomènes ont un impact direct sur la capacité à transmettre et/ou à recevoir des informations en tout point de la cavité.
[0007]Certaines solutions proposent de disposer plusieurs sondes du type à pointe (ou brin) et/ou à boucle à différents emplacements dans la cavité afin de prendre en compte les modes d'ordres supérieurs dans la cavité. Certaines solutions proposent d'adapter la forme des sondes, notamment dans le but d'exciter un mode défini d'établissement du champ, ce qui peut induire des problématiques d'assemblage et/ou de fabrication, notamment lorsque les sondes ont des formes complexes.
[0008]En outre, l'adaptation des formes des sondes ne suffit généralement pas à s'affranchir de la nécessité de disposer d'au moins deux sondes dans la cavité : une sonde sensible au champ électrique et une autre sonde sensible au champ magnétique. En effet, une transmission en champ proche nécessite de pouvoir capter à la fois le champ électrique et le champ magnétique. Or, en champ proche (par exemple dans une cavité métallique), contrairement au champ lointain, les champs électrique et magnétique ne sont pas nécessairement liés et pouvoir capter un seul des champs électrique ou magnétique ne suffit généralement pas pour transmettre de manière robuste et en continu des informations en tout point du milieu considéré.
[0009]En outre, les sondes connues restent généralement sensibles à l'orientation du champ magnétique, de sorte que certaines orientations de champ magnétique ne peuvent pas ou difficilement être captées par ces sondes.
Résumé de l'invention [0010]Il existe un besoin d'une sonde de champ électromagnétique qui puisse être sensible aux deux composantes que sont le champ électrique et le champ magnétique en tout point du volume d'un milieu (par exemple une cavité), et qui soit adaptée à la transmission d'informations dans le milieu considéré, notamment un milieu dans lequel la répartition des champs magnétique et électrique n'est pas toujours homogène. Il existe en particulier un besoin d'une sonde de champ électromagnétique qui puisse fonctionner quelle que soit l'orientation du champ magnétique dans le plan de la sonde
[0011]Il serait avantageux de disposer d'une telle sonde permettant en outre de maintenir un niveau de transmission suffisant en tout point du milieu, et ce, quelles que soient les fréquences de travail de la sonde, notamment en dehors des fréquences de couplage avec les modes de transmission du champ électromagnétique dans le milieu considéré .
[0012]Il serait également avantageux de disposer d'une telle sonde dont on puisse ajuster l'impédance d'entrée et/ou de sortie ainsi que l'efficacité de rayonnement.
[0013]Il serait en outre avantageux qu'une telle sonde ait des dimensions réduites, afin de pouvoir être intégrée dans tout type de milieu et/ou tout type de système de transmission .
[0014]Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des sondes de champ électromagnétique connues .
[0015]Un mode de réalisation prévoit une sonde de champ électromagnétique s'étendant selon un plan principal et comprenant :
- un plan de masse conducteur électrique ; un toit capacitif conducteur électrique, agencé à distance du plan de masse ; le plan de masse et le toit capacitif étant séparés, au moins sur une partie de leur interface, par un matériau diélectrique ;
- au moins trois vias conducteurs électriques s'étendant au travers du matériau diélectrique, chacun desdits au moins trois vias étant soit un via d'excitation relié électriquement au toit capacitif, isolé électriquement du plan de masse et destiné à être relié à une source d'alimentation électrique, soit un via de retour de masse reliant électriquement le plan de masse et le toit capacitif, les au moins trois vias comprenant au moins un via d'excitation et au moins un via de retour de masse ; les au moins trois vias étant agencés de manière à former, lorsque le au moins un via d'excitation est alimenté, une première boucle de courant et une deuxième boucle de courant, chaque boucle de courant s'étendant dans le plan du toit capacitif et dans une direction sensiblement orthogonale audit toit capacitif, de sorte à être sensible à un champ magnétique sensiblement parallèle au plan du toit capacitif, les première et deuxième boucles de courant ayant des directions sensiblement orthogonales l'une par rapport à l'autre dans le plan du toit capacitif
[0016]Selon un mode de réalisation, les au moins trois vias électriquement conducteurs comprennent : un via d'excitation, un premier via de retour de masse et un deuxième via de retour de masse ; la première boucle de courant cheminant entre le via d'excitation, le toit capacitif et le premier via de retour de masse ; la deuxième boucle de courant cheminant entre le via d'excitation, le toit capacitif et le deuxième via de retour de masse. [0017]Selon un mode de réalisation particulier, la droite reliant un point de connexion du premier via de retour de masse dans le plan du toit capacitif et un point de connexion du via d'excitation dans le plan du toit capacitif est sensiblement orthogonale à la droite reliant un point de connexion du deuxième via de retour de masse dans le plan du toit capacitif et un point de connexion du via d'excitation dans le plan du toit capacitif .
[0018]Selon un mode de réalisation, les au moins trois vias électriquement conducteurs comprennent : un via de retour de masse, un premier via d'excitation et un deuxième via d'excitation ; la première boucle de courant cheminant entre le premier via d'excitation, le toit capacitif et le via de retour de masse ; la deuxième boucle de courant cheminant entre le deuxième via d'excitation, le toit capacitif et le via de retour de masse.
[0019]Selon un mode de réalisation particulier, la droite reliant un point de connexion du premier via d'excitation dans le plan du toit capacitif et un point de connexion du via de retour de masse dans le plan du toit capacitif est sensiblement orthogonale à la droite reliant un point de connexion du deuxième via d'excitation dans le plan du toit capacitif et un point de connexion du via de retour de masse dans le plan du toit capacitif.
[0020]Selon un mode de réalisation, la sonde comprend une fente constituée par une ouverture traversant toute l'épaisseur du toit capacitif.
[0021]Selon un mode de réalisation particulier, la fente présente une symétrie axiale par rapport à une droite passant par le point de connexion du via d'excitation dans le plan du toit capacitif et passant sensiblement à égale distance du point de connexion du premier via de retour de masse dans le plan du toit capacitif et du point de connexion du deuxième via de retour de masse dans le plan du toit capacitif.
[0022]Selon un autre mode de réalisation particulier, la fente présente une symétrie axiale par rapport à une droite passant par le point de connexion du via de retour de masse dans le plan du toit capacitif et passant sensiblement à égale distance du point de connexion du premier via d'excitation dans le plan du toit capacitif et du point de connexion du deuxième via d'excitation dans le plan du toit capacitif.
[0023]Selon un mode de réalisation, la sonde comprend en outre au moins un via complémentaire conducteur électrique, le au moins un via complémentaire étant un via de retour de masse complémentaire ou un via d'excitation complémentaire.
[0024]Selon un mode de réalisation, le matériau diélectrique est de l'air.
[0025]Selon un autre mode de réalisation, le matériau diélectrique est un substrat, par exemple un substrat organique ou un substrat céramique.
[0026]Selon un mode de réalisation, les dimensions de la sonde dans le plan principal sont inférieures à un quart de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde, par exemple comprises entre un vingtième et un quart de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde, voire comprises entre un vingtième et un dixième de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde.
[0027]Selon un mode de réalisation, la hauteur de la sonde est inférieure à un trentième de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde, par exemple comprise entre un centième et un trentième de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde, voire comprise entre un cent cinquième et un trentième de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde.
[0028]Selon un mode de réalisation, le plan de masse est parallèle au toit capacitif.
[0029]Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'une sonde de champ électromagnétique comprenant :
- une étape de fourniture d'un plan de masse conducteur électrique ;
- un étape de fourniture d'un toit capacitif conducteur électrique ;
- une étape d'agencement du toit capacitif à distance du plan de masse ;
- une étape de liaison d'au moins un via d'excitation au toit capacitif, ledit au moins un via d'excitation étant isolé électriquement du plan de masse ;
- une étape de liaison d'au moins un via de retour de masse au plan de masse et au toit capacitif ; le nombre de vias d'excitation et de retour de masse étant au moins égal à trois ; lesdits vias d'excitation et de retour de masse étant agencés de manière à former, lorsqu'un via d'excitation est alimenté, une première boucle de courant et une deuxième boucle de courant, chaque boucle de courant s'étendant dans le plan du toit capacitif et dans une direction sensiblement orthogonale audit toit capacitif, de sorte à être sensible à un champ magnétique sensiblement parallèle au plan du toit capacitif, les première et deuxième boucles de courant ayant des directions sensiblement orthogonales l'une par rapport à l'autre dans le plan du toit capacitif. [0030]Pour l'ensemble des modes de réalisation, un milieu considéré est par exemple une cavité au moins partiellement fermée, comme par exemple une cavité métallique.
Brève description des dessins
[0031]Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
[0032]la figure IA représente une sonde selon un mode de réalisation en vue de dessus (plan principal) ;
[0033]la figure IB représente la sonde de la figure IA vue en coupe selon un plan perpendiculaire au plan principal (coupe BB) ;
[0034]la figure IC représente la sonde de la figure IA selon une vue en 3D ;
[0035]la figure 2 représente le schéma de principe d'une sonde selon un mode de réalisation ;
[0036]la figure 3 représente une sonde selon un autre mode de réalisation en vue de dessus ;
[0037]la figure 4 représente une sonde selon un autre mode de réalisation en vue de dessus ;
[0038]la figure 5A ;
[0039]la figure 5B et
[0040]la figure 5C illustrent les résultats de mesures obtenus pour une sonde orientée selon deux orientations à 90° l'une par rapport à l'autre de manière à être équivalente à une sonde selon un mode de réalisation ; [0041]la figure 6A illustre un premier exemple d'utilisation d'une sonde selon un mode de réalisation ;
[0042]la figure 6B illustre un deuxième exemple d'utilisation d'une sonde selon un mode de réalisation ;
[0043]la figure 6C illustre un troisième exemple d'utilisation d'une sonde selon un mode de réalisation.
Description des modes de réalisation
[0044]De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
[0045]Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, l'alimentation des vias d'excitation n'est généralement pas décrite, étant à la portée d'une personne du métier dans le domaine de l'invention.
[0046]Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
[0047]Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures ou à une sonde dans une position normale d'utilisation.
[0048]Les dimensions d'une sonde dans le plan principal, désigné XY dans les figures, correspondent aux dimensions dans deux directions perpendiculaires du plan principal, par exemple une première direction X et une deuxième direction Y. Par exemple, pour une sonde de forme rectangulaire (par exemple carrée), les dimensions dans le plan principal correspondent aux deux côtés du rectangle ; pour une sonde de forme circulaire, les dimensions dans le plan principal correspondent au diamètre du cercle ; pour une sonde de forme elliptique, les dimensions dans le plan principal correspondent aux deux axes de l'ellipse.
[0049]La longueur d'onde d'utilisation d'une sonde est définie ainsi : si la sonde est prévue pour travailler à une longueur d'onde, alors la longueur d'onde d'utilisation de la sonde est cette longueur d'onde.
[0050]Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
[0051]Les figures IA, IB et IC représentent trois vues d'une sonde 10 selon un mode de réalisation : une vue de dessus (plan principal), une coupe BB selon un plan perpendiculaire au plan principal XY et une vue en 3D.
[0052]La sonde 10 de champ électromagnétique représentée comprenant :
- un plan de masse 12 ;
- un toit capacitif 13 agencé à distance du plan de masse le plan de masse 12 et le toit capacitif 13 étant séparés par un matériau diélectrique 14 ;
- trois vias électriquement conducteurs 110, 111, 112 traversant le matériau diélectrique 14, les trois vias étant :
-- un via d'excitation 110 relié électriquement au toit capacitif 13 et apte à être relié à une source d'alimentation électrique ;
-- un premier via de retour de masse 111 ; et
-- un deuxième via de retour de masse 112, les vias de retour de masse étant aptes à relier électriquement le plan de masse 12 et le toit capacitif
13.
[0053]Le via d'excitation 110 n'est pas relié électriquement au plan de masse 12.
[0054]Par raccourci, les vias de retour de masse peuvent être désignés par « via de masse ». Un via de retour de masse a pour fonction de former un court-circuit entre le plan de masse 12 et le toit capacitif 13.
[0055]Le toit capacitif 13 est électriquement conducteur et adopte préférentiellement une forme planaire (par exemple sous forme de plaque ou de dépôt métallique sur un substrat) . Le plan de masse 12 est électriquement conducteur et adopte préférentiellement une forme planaire (par exemple sous forme de plaque ou de dépôt métallique sur un substrat). Le toit capacitif 13 est de préférence sensiblement parallèle au plan de masse 12.
[0056]La sonde s'étend selon un plan principal XY. Le toit capacitif 13 étant parallèle au plan de masse 12, on considère que le toit capacitif, le plan de masse et donc la sonde s'étendent selon un même plan principal XY (d'épaisseur égale à la distance entre le plan de masse et le toit capacitif, auxquelles s'ajoutent les épaisseurs du plan de masse et du toit capacitif).
[0057]Le plan de masse 12, le toit capacitif 13 et chaque via peuvent chacun être au moins partiellement, de manière non limitative, en métal, par exemple en cuivre, en aluminium ou en acier.
[0058]Dans l'exemple représenté, la droite CC reliant le point de connexion 111A du premier via de masse 111 dans le plan du toit capacitif 13 et le point de connexion 110A du via d'excitation 110 dans le plan du toit capacitif 13 est sensiblement orthogonale à la droite DD reliant le point de connexion 112A du deuxième via de masse 112 dans le plan du toit capacitif 13 et le point de connexion 110A du via d'excitation 110 dans le plan du toit capacitif 13.
[0059]En d'autres termes, le toit capacitif 13 représenté étant de forme carrée, le deuxième via de masse 112 est situé de manière symétrique au premier via de masse 111 par rapport à la diagonale AA (ou axe de symétrie AA) du toit capacitif 13 passant par le point de connexion 110A du via d'excitation 110 dans le plan du toit capacitif. En revanche, les premier 111 et deuxième 112 vias de retour de masse ne sont pas disposés selon une symétrie centrale par rapport au via d'excitation 110, et ce, de manière à pouvoir capter le champ magnétique dans deux directions différentes du plan principal XY, comme expliqué plus après.
[0060]Cet agencement des trois vias d'excitation et de masse permet, lorsque le via d'excitation 110 est alimenté, de former deux boucles de courant 201, 202 cheminant dans le plan du toit capacitif et dans une direction sensiblement orthogonale au toit capacitif 13. [0061]Par raccourci, il pourra être décrit que chaque boucle de courant est sensiblement orthogonale au plan de masse, bien qu'elle chemine également dans le plan du toit capacitif. Par boucle sensiblement orthogonale au plan de masse, il est notamment entendu que la boucle d'alimentation s'étend selon un profil inclus, ou pouvant être projeté orthogonalement, dans un plan orthogonal au plan de masse. En d'autres termes, le profil d'une telle boucle peut cheminer, selon la longueur de la boucle, au sein d'un plan sensiblement orthogonal au plan de masse.
[0062]Ainsi, chaque boucle de courant s'étend verticalement (selon la direction Z) et selon une direction du plan principal XY, les deux boucles de courant ayant des directions sensiblement orthogonales l'une par rapport à l'autre dans le plan principal XY. De ce fait, la première boucle de courant 201 est sensible au champ magnétique H1 dans la première direction X du plan principal XY, et la deuxième boucle de courant 202 est sensible au champ magnétique H2 dans la deuxième direction Y du plan principal XY, comme ceci est expliqué plus après. Il est précisé que la deuxième direction Y est orthogonale à la première direction X.
[0063]En outre, le toit capacitif 13 comporte une fente 130 correspondant à une ouverture dans toute l'épaisseur du toit capacitif, et présentant deux parties 1301, 1302 sensiblement symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe de symétrie AA. Chaque partie présente une forme en spirale rectangulaire faisant un angle de 45° avec l'axe de symétrie AA. Cette forme en spirale permet d'obtenir une longueur de fente importante même lorsque les dimensions du toit capacitif sont réduites.
L'augmentation de la longueur de la fente permet de diminuer la fréquence de travail de la sonde. Plus largement, la présence et le dimensionnement d'une fente dans le toit capacitif permet d'ajuster la fréquence de travail de la sonde. En particulier, la longueur de la fente a un impact sur la fréquence de résonance de la sonde .
[0064]Cet exemple de forme de fente n'est pas limitatif et d'autres formes de fente sont possibles pour obtenir une longueur de fente donnée. Par exemple, la fente peut présenter d'autres formes rectilignes, d'autres formes en spirale ou des formes en méandres. La fente peut être divisée en plusieurs tronçons reliés les uns aux autres pour former une fente continue.
[0065]La présence d'une fente permet en outre de réduire les dimensions électriques d'une sonde selon des modes de réalisation .
[0066]La présence et le dimensionnement d'une fente permettent également d'ajuster à une valeur donnée l'impédance d'entrée (et/ou l'impédance de sortie) d'une sonde selon différents modes de réalisation. Ce dimensionnement est réalisé en tenant compte de la propagation des courants sur le toit capacitif et en modifiant celle-ci de manière à obtenir une impédance d'entrée (et/ou impédance de sortie) recherchée. La fente peut être dimensionnée pour ajuster l'impédance d'entrée d'une sonde à une valeur donnée, par exemple 50 Ohms, qui est une impédance typique dans le domaine des transmissions d'informations sans fil.
[0067]Outre les paramètres liés à la présence d'une fente (qui n'est pas toujours nécessaire), une sonde selon différents modes de réalisation dispose de plusieurs paramètres de conception pour pouvoir agir sur tout ou partie de ses caractéristiques, notamment sur sa fréquence et sa longueur d'onde de travail, son impédance d'entrée, son impédance de sortie, et/ou son efficacité de rayonnement : les diamètres des vias : permettent principalement d'agir sur l'impédance de la sonde ; les distances entre les vias : permettent principalement d'agir sur l'impédance de la sonde ; les dimensions de la sonde / du toit capacitif : permettent principalement d'agir sur la fréquence de résonance de la sonde ;
- la hauteur de la sonde : permet principalement d'agir sur la bande passante de la sonde (facteur de qualité) ; le choix du matériau diélectrique : permet principalement d'agir sur la fréquence de résonance de la sonde .
[0068]En particulier, les diamètres des vias et les distances entre les vias peuvent permettre de régler l'impédance d'entrée de la sonde afin que celle-ci soit adaptée par exemple à celle d'un système de mesure (par exemple un capteur), et/ou à celle d'un système communiquant (par exemple une puce de radiofréquence RFIC) .
[0069]Les dimensions dans le plan principal du plan de masse sont supérieures ou égales, par exemple égales, à celles du toit capacitif.
[0070]Ainsi, il est possible d'adapter la sonde, notamment à toutes sortes de milieux, de contraintes et/ou d'applications, en agissant, en conception, sur tout ou partie des paramètres listés ci-dessus.
[0071]En particulier, le matériau diélectrique peut être :
- de l'air ;
- un substrat diélectrique, par exemple : un substrat organique, par exemple un substrat Rogers 4003®, un substrat duroid 5880®, un substrat FR4; un substrat céramique, par exemple un substrat Rogers curamik®, ou un substrat à base de céramiques cocuites à basse température (LTCC pour « Low Température Cofired Ceramic » en anglais).
[0072]Un substrat diélectrique peut être constitué d'une superposition de plusieurs couches de matériaux diélectriques, éventuellement avec des matériaux diélectriques différents, voire mixtes organique/céramique .
[0073]Lorsque le matériau diélectrique est de l'air, les vias peuvent remplir une fonction de support mécanique du toit capacitif sur le plan de masse. Lorsque le matériau diélectrique est de l'air, des piliers en matériau isolant, par exemple en plastique ou en nylon, peuvent être ajoutés entre le plan de masse et le toit capacitif pour renforcer le maintien mécanique du toit capacitif sur le plan de masse. Ces piliers peuvent être placés sous le toit capacitif ou sur les bords dudit toit.
[0074]Les vias de masse et d'excitation peuvent présenter des profils différents (circulaire, polygonal ...). Lorsque les vias sont du type circulaire, comme dans l'exemple représenté, leurs diamètres peuvent être de l'ordre de 1 mm ou comprises entre 100 pm et 5 mm.
[0075]Les dimensions électriques de la sonde (ramenées à la longueur d'onde de travail de la sonde) dans le plan peuvent être comprises entre 1/20 et 1/4, voire comprises entre 1/20 et 1/10, ou encore comprises entre 1/20 et 1/15.
[0076]La hauteur électrique de la sonde (ramenée à la longueur d'onde de travail de la sonde) est de préférence inférieure ou égale à 1/30. Ainsi, la sonde présente une hauteur, ramenée à sa longueur d'onde de travail, très inférieure aux hauteurs courantes. Elle peut être comprise entre 1/150 et 1/30, voire comprise entre 1/100 et 1/30, par exemple sensiblement égale à 1/100.
[0077]Ainsi, la sonde peut présenter des dimensions réduites. Par exemple, les dimensions peuvent être réduites sans qu'il soit nécessaire d'augmenter le nombre de vias de retour de masse et/ou sans qu'il soit nécessaire de disposer les vias de retour de masse au sein d'un matériau magnéto-diélectrique. Ainsi, le matériau diélectrique entre le plan de masse et le toit capacitif peut être de l'air ou un matériau diélectrique non nécessairement magnétique. La sonde peut notamment être intégrée dans différents types de milieu et/ou de systèmes de transmission .
[0078]A titre d'exemple, la sonde 10 de la figure 2 peut être destinée à travailler à une fréquence de 433 MHz. Les dimensions de la sonde dans le plan principal XY, équivalentes dans cet exemple aux dimensions du toit capacitif, peuvent être de 40x40 mm2. La hauteur hl de la sonde peut être de 4 mm. Les diamètres des vias peuvent être de 1,5 mm pour le via d'excitation et 0,3 mm pour les vias de masse et la distance D4 entre chaque via de masse et le via d'excitation peut être de 8 mm. La longueur de la fente peut être égale à 164,4 mm et la largeur égale à 1,65 mm. Cette longueur peut être obtenue en formant deux spirales rectangulaires à cinq segments, deux segments consécutifs étant reliés perpendiculairement entre eux comme illustré en figure IA, chaque spirale comprenant : un premier segment de longueur L1 égale à 21 mm, un deuxième segment de longueur L2 égale à 13,15 mm, un troisième segment de longueur L3 égale à 24,65 mm, un quatrième segment de longueur L4 égale à 11,2 mm et un cinquième segment de longueur L5 égale à 12,2 mm. La première spirale 1301 est distante d'une distance DI de la droite CC. La deuxième spirale est distante d'une même distance DI de la droite DD. Dans l'exemple, la distance DI est égale à 3 mm.
[0079]La figure 2 représente le schéma de principe d'une sonde, en prenant comme exemple la sonde 10 des figures IA à IC, bien que le schéma de principe puisse s'appliquer à une sonde selon un autre mode de réalisation. La sonde représentée sur le schéma de principe est une sonde des figures IA à IC vue en coupe CC selon un plan perpendiculaire au plan principal XY (le plan de coupe est visible sur la figure IA).
[0080]Le via d'excitation 110, lorsqu'il est alimenté par une source d'alimentation 300, génère un premier courant 200 qui se concentre dans le premier via de masse 111, ce qui rend la sonde sensible aux champs électriques E verticaux. En outre, un deuxième courant est généré, qui forme une première boucle de courant 201 entre le via d'excitation 110, le toit capacitif 13 et le premier via de masse 111, ce qui rend la sonde sensible aux composantes de champ magnétique H1 selon la première direction X du plan principal XY de la sonde.
[0081]Le schéma et les courants décrits ci-dessus sont équivalents pour le deuxième via de masse 112, une deuxième boucle de courant 202 étant formée entre le via d'excitation 110, le toit capacitif 13 et le deuxième via de masse 112, ce qui rend la sonde sensible aux composantes de champ magnétique H2 selon la deuxième direction Ydu plan principal.
[0082]Ainsi, la sonde peut se coupler de manière omnidirectionnelle au champ électromagnétique : au champ électrique E vertical (dans la direction Z) et au champ magnétique H dans le plan principal XY (en étant sensible aux composantes dans les deux directions perpendiculaires X, Y du plan).
[0083]Ceci permet notamment d'améliorer la qualité de la transmission d'informations entre différents points d'un milieu, en particulier de rendre les transmissions plus uniformes au sein du milieu considéré, et ce, sans avoir à multiplier les sondes dans ledit milieu.
[0084]La figure 3 représente une sonde 10' selon un autre mode de réalisation, selon une vue de dessus.
[0085]La sonde représentée 10' se distingue de la sonde des figures 1A-1C par la forme de la fente 131, et par la réduction de sa longueur. Comme pour la sonde 10 des figures 1A-1C, la fente 131 présente deux parties 1311, 1312 sensiblement symétriques par rapport à l'axe de symétrie AA du toit capacitif 13, chaque partie faisant un angle de 45° avec ledit axe de symétrie, mais elle s'en distingue en ce que chacune des deux parties 1311, 1312 est agencée en trois segments reliés perpendiculairement entre eux, réduisant ainsi la longueur de la fente par rapport à une fente à cinq segments. La diminution de la longueur de la fente permet d'augmenter la fréquence de travail de la sonde.
[0086]Les autres caractéristiques, les éléments de dimensionnements, et les alternatives décrits en lien avec les figures 1A-1C ainsi que le schéma de fonctionnement de la figure 2 peuvent s'appliquer à la sonde de la figure 3.
[0087]A titre d'exemple, la sonde 10' de la figure 3 peut être destinée à fonctionner à une fréquence de 900 MHz. Les dimensions de la sonde dans le plan principal XY, équivalentes dans cet exemple aux dimensions du toit capacitif, peuvent être de 30x30 mm2. La hauteur de la sonde peut être de 4 mm. Les diamètres des vias peuvent être de 1,8 mm pour le via d'excitation et 0,8 mm pour les vias de masse et la distance entre chaque via de masse et le via d'excitation peut être de 5 mm. La longueur de la fente peut être de 65 mm et la largeur de 1 mm. La longueur peut être obtenue en formant deux spirales rectangulaires à trois segments chacune, deux segments consécutifs étant reliés perpendiculairement entre eux comme illustré en figure 3, chaque spirale comprenant : un premier segment de longueur L1 égale à 14,93 mm, un deuxième segment de longueur L2 égale à 8,95 mm et un troisième segment de longueur L3 égale à 8,7 mm. La première spirale 1311 est distante d'une distance DI de la droite CC. La deuxième spirale 1312 est distante d'une même distance DI de la droite DD. Dans l'exemple, la distance DI est égale à 4,2 mm. En outre chaque deuxième segment est distant d'une distance D2 du bord du toit capacitif, par exemple égale à 4,2 mm et chaque troisième segment est distant d'une distance D3 du bord du toit capacitif, par exemple égale à 1,8 mm.
[0088]La figure 4 représente une sonde 10'' selon un autre mode de réalisation en vue de dessus.
[0089]La sonde représentée se distingue de la sonde des figures 1A-1C en ce qu'elle comprend un via de retour de masse 113 et des premier et deuxième vias d'excitation 114, 115 (au lieu d'un via d'excitation 110 et de deux vias de retour de masse 111, 112 pour la sonde 10 des figures 1A-1C).
[0090]La description de la figure 2 s'applique à cet autre mode de réalisation, à ceci près que la première boucle de courant 201 est formée par le premier via d'excitation 114 et le via de masse 113 connectés avec le toit capacitif 13 et que la deuxième boucle de courant 202 est formée par formée par le deuxième via d'excitation 115 et le via de masse 113 connectés avec le toit 13.
[0091]Cet autre mode de réalisation permet de discriminer les deux composantes orthogonales du champ magnétique dans le plan principal XY. En effet, la proportion du champ magnétique H1 orienté selon l'axe X se couple avec la première boucle de courant 201. Le champ magnétique orienté selon l'axe Y n'est pas ou est très faiblement couplé à la première boucle de courant 201. De manière complémentaire, la proportion du champ magnétique H2 orienté selon l'axe Y se couple avec la deuxième boucle de courant 202. Le champ magnétique orienté selon l'axe X n'est pas ou est très faiblement à la deuxième boucle de courant 202.
[0092]Les premier et deuxième vias d'excitation 114, 115 ne sont pas reliés électriquement au plan de masse 12.
[0093]En fonctionnement, les premier et deuxième vias d'excitation 114, 115 peuvent être alimentés soit par une même source d'alimentation pouvant fournir deux courants (qui peuvent être déphasés l'un par rapport à l'autre), soit par deux sources d'alimentation indépendantes.
[0094]Dans l'exemple représenté, la droite CC reliant le point de connexion 114A du premier via d'excitation 114 dans le plan du toit capacitif 13 et le point de connexion
113A du via de masse 113 dans le plan du toit capacitif
13 est sensiblement orthogonale à la droite DD reliant le point de connexion 115A du deuxième via d'excitation 115 dans le plan du toit capacitif 13 et le point de connexion
113A du via de masse 113 dans le plan du toit capacitif
13.
[0095]En d'autres termes, le toit capacitif 13 représenté étant de forme carrée, le deuxième via d'excitation 115 est situé de manière symétrique au premier via d'excitation 114 par rapport à la diagonale (ou axe de symétrie) AA du toit capacitif 13 passant par le point de connexion 113A du via de masse 113 dans le plan du toit capacitif. En revanche, les premier 114 et deuxième 115 vias d'excitation ne sont pas disposés selon une symétrie centrale par rapport au via de retour de masse 113, et ce, de manière à pouvoir capter le champ magnétique dans deux directions différentes du plan principal XY, comme expliqué plus après.
[0096]Les autres caractéristiques, les éléments de dimensionnements et les alternatives décrits en lien avec les figures 1A-1C et 3 peuvent s'appliquer à la sonde de la figure 4.
[0097]En ce qui concerne le schéma de fonctionnement de la figure 2, comme décrit plus avant, il reste fondamentalement le même. Une différence est que, puisqu'il y a deux vias d'excitation et un seul via de masse, lorsque les vias d'excitation 114, 115 sont alimentés par la (ou les) source(s) d'alimentation, une première boucle de courant 201 est formée entre le premier via d'excitation 114, le toit capacitif 13 et le via de masse 113, ce qui rend la sonde sensible au champ magnétique H1 selon la première direction X du plan principal XY de la sonde, et une deuxième boucle de courant 202 est formée entre le deuxième via d'excitation 115, le toit capacitif 13 et le via de masse 113, ce qui rend la sonde sensible au champ magnétique H2 selon la deuxième direction Ydu plan principal.
[0098]Selon d'autres modes de réalisation (non illustrés), la sonde peut comporter un quatrième via qui peut être : - un via de retour de masse complémentaire : selon une variante se référant au mode des figures 1A-1B ou 2, un via de retour de masse complémentaire peut être sensiblement aligné avec le premier via de masse 111 et le via d'excitation 110 ou avec le deuxième via de masse 112 et le via d'excitation 110, et ce, soit du même côté que le premier ou deuxième via de masse par rapport à l'axe de symétrie AA, soit de l'autre côté ; selon une autre variante se référant au mode de la figure 3, un via de retour de masse complémentaire peut être sensiblement aligné avec le via de masse 113 et le premier via d'excitation 114 ou avec le via de masse 113 et le deuxième via d'excitation 115, et ce, soit du même côté que le premier ou deuxième via d'excitation par rapport à l'axe de symétrie AA, soit de l'autre côté ;
- un via d'excitation complémentaire : selon une variante se référant au mode des figures 1A-1B ou 2, un via d'excitation complémentaire peut être sensiblement aligné avec le premier via de masse 111 et le via d'excitation 110 ou avec le deuxième via de masse 112 et le via d'excitation 110, et ce, soit du même côté que le premier ou deuxième via de masse par rapport à l'axe de symétrie AA, soit de l'autre côté ; dans ce cas, l'ensemble des vias d'excitation d'une même boucle de courant 201 et 202 sont électriquement connectés ensemble.
[0099]Un via de retour de masse complémentaire permet par exemple de contrôler principalement l'amplitude de la résonance de la sonde et un via d'excitation complémentaire permet par exemple de contrôler la partie imaginaire de l'impédance d'entrée de la sonde.
[0100]Dans les sondes des figures IA, IB, IC, 3 et 4, le toit capacitif présente de préférence une forme sensiblement carrée, mais les modes de réalisation ne sont bien entendu pas limités à ce type de forme. Le toit capacitif peut par exemple présenter une forme polygonale autre que carrée, une forme circulaire ou ovale, ou toute autre forme adaptée.
[0101]Des exemples de procédés de fabrication d'une sonde selon un mode de réalisation sont présentés dans ce qui suit. On peut se référer aux figures IA, IB, IC, 3 et 4 pour les références numériques.
[0102]Selon un mode de réalisation, on dispose d'un substrat 14 en matériau diélectrique, par exemple un substrat de type FR4, puis :
- dans une première étape, on forme une couche métallique sur la surface inférieure 14B du substrat pour réaliser un plan de masse 12 selon des dimensions définies ;
- dans une deuxième étape, on forme une couche métallique sur la surface supérieure 14A du substrat pour réaliser un toit capacitif 13 selon des dimensions définies ;
- dans une troisième étape et dans certains cas, on forme dans l'épaisseur du toit capacitif 13 une fente 130, 131 selon une longueur et un motif définis ;
- dans une quatrième étape, on forme dans le substrat diélectrique des vias de masse 111, 112 (ou un via de masse 113) reliant électriquement le plan de masse 12 et le toit capacitif 13 ainsi qu'un via d'excitation 110 (ou des vias d'excitation 114, 115) relié(s) électriquement au toit capacitif 13, mais isolé(s) électriquement du plan de masse 12 ;
- dans certains cas, dans une cinquième étape (qui peut être avant ou après la quatrième étape), on forme une ouverture dans l'épaisseur du plan de masse 12 afin de faire passer le via d'excitation 110 (ou dans certains cas, plusieurs ouvertures pour faire passer plusieurs vias d'excitation 114, 115), et on isole électriquement chaque via d'excitation du plan de masse, par exemple en ajoutant un isolant électrique au niveau de chaque passage de via d'excitation au travers du plan de masse.
[0103]La première étape peut comprendre une étape de métallisation du substrat en matériau diélectrique totalement sur sa surface inférieure pour former le plan de masse.
[0104]La deuxième étape peut comprendre une étape de métallisation du substrat en matériau diélectrique au moins partiellement sur sa surface supérieure pour former le toit capacitif.
[0105]La troisième étape peut comprendre une étape d'usinage ou de gravure du toit capacitif pour former la fente.
[0106]La quatrième étape peut comprendre une étape d'impression des vias dans le substrat, selon des techniques connues dans le domaine de la microélectronique .
[0107]Selon un autre mode de réalisation, on peut disposer d'un substrat dans lequel les deux couches métalliques sont déjà formées. Les première et deuxième étapes ne sont alors plus nécessaires. Par exemple, on peut disposer de deux substrats simple face (une face métallisée sur une couche isolante), par exemple des substrats de type FR4. La face métallisée de chaque substrat peut être gravée, le cas échéant, pour former la fente dans le substrat formant le toit capacitif et/ou pour former la (ou les) ouverture (s) dans le substrat formant le plan de masse afin de faire passer le ou les via(s) d'excitation. Les deux substrats simple face sont ensuite assemblés par leurs couches isolantes revêtues préalablement chacune d'une couche de colle. La structure ainsi obtenue est ensuite percée et les trous sont métallisés afin de former les vias de masse et d'excitation. [0108]Selon un autre mode de réalisation, on ne dispose pas d'un substrat, le matériau diélectrique étant l'air. Les première et deuxième étapes sont alors supprimées et peuvent être remplacées par une étape de disposition d'une plaque métallique pour former un plan de masse selon des dimensions définies et une autre étape de disposition d'une autre plaque métallique pour former un toit capacitif selon des dimensions définies. En outre, selon ce mode de réalisation, dans la quatrième étape, les vias de masse et d'excitation ne sont pas formés dans le substrat. Le(s) via(s) de masse peu(ven)t être assemblé (s) (par exemple soudé(s) ou vissé(s)) au plan de masse et au toit capacitif, et le(s) via(s) d'excitation peu(ven)t être assemblé (s) (par exemple soudé(s) ou vissé (s)) au toit capacitif tout en étant électriquement isolé (s) du plan de masse. Afin de stabiliser la structure, des piliers en matériau isolant, par exemple en plastique ou en nylon, peuvent être ajoutés entre le plan de masse et le toit capacitif. Ces piliers peuvent être placés sous le toit capacitif ou sur les bords dudit toit.
[0109]Les figures 5A à 5C illustrent les résultats de mesures, obtenus pour une sonde orientée selon deux orientations à 90° l'une par rapport à l'autre de manière à être équivalente à une sonde selon un mode de réalisation, comparés avec des résultats de mesures obtenus pour des sondes de l'état de la technique, et ce, au sein d'une cavité cylindrique métallique de diamètre 336 millimètres.
[0110]Pour chaque graphique, l'abscisse représente la fréquence de travail de chaque sonde considérée. L'ordonnée représente la perte en transmission en dB entre une antenne d'émission placée en un point de la cavité et la sonde considérée en différents points de la cavité. Dans les figures 5A à 5C, des courbes 501 et 502 représentent les niveaux minimaux et maximaux de transmission entre une antenne d'émission et la sonde selon un mode de réalisation, les courbes 501 représentant les niveaux minimaux et les courbes 502 représentant les niveaux maximaux. D'autres graphiques 503, 504 montrent des résultats obtenus avec des sondes de l'état de la technique positionnées selon deux orientations orthogonales l'une par rapport à l'autre.
[0111]La figure 5A illustre les résultats de mesures obtenus pour des fréquences comprises entre 300 et 500 MHz. La figure 5B illustre les résultats de mesures obtenus pour des fréquences comprises entre 600 et 1100 MHz. La figure 5C illustre les résultats de mesures obtenus pour des fréquences comprises entre 1800 et 2600 MHz.
[0112]Plus la fréquence augmente, plus des modes d'ordres supérieurs apparaissent et moins les champs électrique et magnétique deviennent homogènes dans la cavité, ce qui se traduit par davantage de chutes (nuis) de transmission dans les graphiques 503, 504 des sondes de l'état de la technique .
[0113]En revanche, les courbes 501, 502 montrent que la sonde selon un mode de réalisation permet de compenser ces pertes en transmission, même pour des fréquences très élevées. Les zones entourées en pointillés correspondent à des exemples de zones dans lesquelles la sonde améliore très nettement la transmission par rapport aux sondes de l'état de la technique.
[0114]Les figures 6A, 6B et 6C illustrent trois exemples d'utilisation d'une sonde selon un mode de réalisation.
[0115]Dans le premier exemple illustré en figure 6A, un composant 20 (par exemple un capteur ou une puce RFIC) est couplé avec une sonde 10 selon un mode de réalisation, l'ensemble sonde-composant étant dans une cavité 40. Par ailleurs, une antenne 30 est adaptée à émettre des ondes électromagnétiques 50 dans la cavité 40 afin de communiquer avec le composant couplé à la sonde. Des modes s'établissent dans la cavité, le champ électromagnétique est capté par la sonde, qui peut rétro-diffuser les informations du composant à l'antenne 30. Dans cet exemple, le composant est disposé sous la sonde, en contact avec celle-ci .
[0116]Dans le deuxième exemple illustré en figure 6B, un composant 20 est relié par un connecteur à une sonde 10 selon un mode de réalisation, seule la sonde est dans une cavité 40. Par ailleurs une antenne 30 est adaptée à émettre des ondes électromagnétiques 50 dans la cavité 40, et est également reliée par un connecteur au composant 20. Des modes s'établissent dans la cavité, le champ électromagnétique généré par l'antenne 30 (respectivement la sonde 10) est capté par la sonde 10 (respectivement l'antenne 30) afin d'effectuer par exemple des mesures en transmission .
[0117]Dans le troisième exemple illustré en figure 6C, un composant 20 est relié par un connecteur à une sonde 10 selon un mode de réalisation, seule la sonde est dans une cavité 40. Par ailleurs, une antenne 30 est adaptée à émettre des ondes électromagnétiques 50 dans la cavité 40. Un objectif de cette configuration est par exemple de mesurer le champ émis par l'antenne 30 afin de cartographier la valeur des composantes du champ électromagnétique pour toute position de la sonde 10 dans la cavité.
[0118]Dans chacun des exemples d'utilisation décrits, il est possible d'utiliser plusieurs sondes dans la cavité. En outre, la cavité illustrée peut être fermée ou partiellement fermée.
[0119]Parmi les applications possibles d'une sonde de champ magnétique selon les différents modes de réalisation, on peut citer :
- la métrologie: par exemple des mesures en champ proche ; la communication : par exemple la transmission d'informations sans fil dans des cavités de grandes dimensions ;
- les hyperfréquences : par exemple pour l'excitation de champs électromagnétiques dans des guides d'ondes sur des modes supérieurs.
[0120]Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, le plan de masse et le toit capacitif sont représentés comme étant de même surface. Alternativement, le plan de masse peut avoir une plus grande surface que le toit capacitif, voire le toit capacitif peut avoir une plus grande surface que le plan de masse. En outre, le toit capacitif ne comprend pas nécessairement de fente.
[0121]Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1.Sonde (10, 10', 10'') de champ électromagnétique s'étendant selon un plan principal (XY) et comprenant :
- un plan de masse (12) conducteur électrique ;
- un toit capacitif (13) conducteur électrique, agencé à distance du plan de masse (12) ; le plan de masse et le toit capacitif étant séparés, au moins sur une partie de leur interface, par un matériau diélectrique (14) ; au moins trois vias (110, 111, 112, 113, 114, 115) conducteurs électriques s'étendant au travers du matériau diélectrique (14), chacun desdits au moins trois vias étant soit un via d'excitation (110, 114, 115) relié électriquement au toit capacitif (13), isolé électriquement du plan de masse (12) et destiné à être relié à une source d'alimentation électrique, soit un via de retour de masse (111, 112, 113) reliant électriquement le plan de masse
(12) et le toit capacitif (13), les au moins trois vias comprenant au moins un via d'excitation et au moins un via de retour de masse ; les au moins trois vias étant agencés de manière à former, lorsque le au moins un via d'excitation est alimenté, une première boucle de courant (201) et une deuxième boucle de courant (202), chaque boucle de courant s'étendant dans le plan du toit capacitif (13) et dans une direction sensiblement orthogonale audit toit capacitif à travers au moins un desdits au moins trois vias, de sorte à être sensible à un champ magnétique (Hl, H2) sensiblement parallèle au plan du toit capacitif (13), les première et deuxième boucles de courant ayant des directions sensiblement orthogonales l'une par rapport à l'autre dans le plan du toit capacitif (13) ; la hauteur de ladite sonde étant inférieure à un trentième de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde.
2. Sonde (10, 10') selon la revendication 1, les au moins trois vias électriquement conducteurs comprenant un via d'excitation (110), un premier via de retour de masse (111) et un deuxième via de retour de masse (112), la première boucle de courant (201) cheminant entre le via d'excitation (110), le toit capacitif (13) et le premier via de retour de masse (111), la deuxième boucle de courant (202) cheminant entre le via d'excitation (110), le toit capacitif (13) et le deuxième via de retour de masse (112).
3. Sonde (10, 10') selon la revendication 2, la droite (CC) reliant un point de connexion (111A) du premier via de retour de masse (111) dans le plan du toit capacitif (13) et un point de connexion (110A) du via d'excitation (110) dans le plan du toit capacitif (13) étant sensiblement orthogonale à la droite (DD) reliant un point de connexion (112A) du deuxième via de retour de masse (112) dans le plan du toit capacitif (13) et un point de connexion (110A) du via d'excitation (110) dans le plan du toit capacitif (13).
4. Sonde (10'') selon la revendication 1, les au moins trois vias électriquement conducteurs comprenant un via de retour de masse (113), un premier via d'excitation (114) et un deuxième via d'excitation (115), la première boucle de courant cheminant entre le premier via d'excitation (114), le toit capacitif (13) et le via de retour de masse (113), la deuxième boucle de courant cheminant entre le deuxième via d'excitation (115), le toit capacitif (13) et le via de retour de masse (113).
5. Sonde (10'') selon la revendication 4, la droite (CC) reliant un point de connexion (114A) du premier via d'excitation (114) dans le plan du toit capacitif (13) et un point de connexion (113A) du via de retour de masse (113) dans le plan du toit capacitif (13) étant sensiblement orthogonale à la droite (DD) reliant un point de connexion (115A) du deuxième via d'excitation (115) dans le plan du toit capacitif (13) et un point de connexion (113A) du via de retour de masse (113) dans le plan du toit capacitif (13).
6. Sonde (10, 10', 10'') selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant une fente (130, 131) constituée par une ouverture traversant toute l'épaisseur du toit capacitif (13).
7. Sonde (10, 10') selon la revendication 6 en combinaison avec la revendication 3, la fente (130, 131) présentant une symétrie axiale par rapport à une droite (AA) passant par le point de connexion (110A) du via d'excitation (110) dans le plan du toit capacitif (13) et passant sensiblement à égale distance du point de connexion (111A) du premier via de retour de masse (111) dans le plan du toit capacitif (13) et du point de connexion (112A) du deuxième via de retour de masse (112) dans le plan du toit capacitif (13).
8. Sonde (10'') selon la revendication 6 en combinaison avec la revendication 5, la fente (130) présentant une symétrie axiale par rapport à une droite (AA) passant par le point de connexion (113A) du via de retour de masse (113) dans le plan du toit capacitif (13) et passant sensiblement à égale distance du point de connexion (114A) du premier via d'excitation (114) dans le plan du toit capacitif (13) et du point de connexion (115A) du deuxième via d'excitation (115) dans le plan du toit capacitif (13).
9. Sonde selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un via complémentaire conducteur électrique, le au moins un via complémentaire étant un via de retour de masse complémentaire ou un via d'excitation complémentaire.
10. Sonde selon l'une des revendications 1 à 9, le matériau diélectrique étant de l'air.
11. Sonde selon l'une des revendications 1 à 9, le matériau diélectrique étant un substrat, par exemple un substrat organique ou un substrat céramique.
12. Sonde selon l'une des revendications précédentes, les dimensions de ladite sonde dans le plan principal (XY) étant inférieures à un quart de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde, par exemple comprises entre un vingtième et un quart de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde, voire comprises entre un vingtième et un dixième de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde, ou entre un vingtième et un quinzième de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde.
13. Sonde selon l'une des revendications précédentes, la hauteur de ladite sonde étant comprise entre un centième et un trentième de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde, voire comprise entre un cent cinquième et un trentième de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde.
14. Sonde (10, 10', 10'') selon l'une des revendications précédentes, le plan de masse (13) étant parallèle au toit capacitif (12).
15. Procédé de fabrication d'une sonde (10, 10', 10'') de champ électromagnétique comprenant :
- une étape de fourniture d'un plan de masse (12) conducteur électrique ; un étape de fourniture d'un toit capacitif (13) conducteur électrique ; - une étape d'agencement du toit capacitif (13) à distance du plan de masse (12) de sorte que la hauteur de la sonde soit inférieure à un trentième de la longueur d'onde d'utilisation de ladite sonde ;
- une étape de liaison d'au moins un via d'excitation (110, 114, 115) au toit capacitif (13), ledit au moins un via d'excitation étant isolé électriquement du plan de masse (12) ;
- une étape de liaison d'au moins un via de retour de masse (111, 112, 113) au plan de masse (12) et au toit capacitif (13) ; le nombre de vias d'excitation et de retour de masse étant au moins égal à trois ; lesdits vias d'excitation et de retour de masse étant agencés de manière à former, lorsqu'un via d'excitation est alimenté, une première boucle de courant (201) et une deuxième boucle de courant (202), chaque boucle de courant s'étendant dans le plan du toit capacitif (13) et dans une direction sensiblement orthogonale audit toit capacitif, de sorte à être sensible à un champ magnétique (Hl, H2) sensiblement parallèle au plan du toit capacitif (13), les première et deuxième boucles de courant ayant des directions sensiblement orthogonales l'une par rapport à l'autre dans le plan du toit capacitif (13).
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