FR3053163A1 - METALLIC GUIDE OF ELECTROMAGNETIC WAVE WITH SLOTS, HAVING A GENERAL FORM OF SERPENTINE - Google Patents
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Abstract
Un guide métallique d'ondes électromagnétiques (100) comporte des fentes (20) alignées. Le guide d'ondes électromagnétiques a une forme générale de serpentin définie comme une forme comportant une alternance de courbures inversées en trois dimensions centrée sur un plan X, plus profonde que large. La forme générale de serpentin est par exemple une ondulation régulière en trois dimensions centrée sur ledit plan X. La forme générale de serpentin dispose ainsi de deux faces planes qui sont parallèles entre elles et qui sont perpendiculaires audit plan X. Les fentes sont alignées selon un axe parallèle audit plan X, de telle sorte que les barycentres respectifs des fentes coïncident avec des perpendiculaires audit axe parallèle audit plan X qui passent respectivement par des sommets de la courbe milieu de ladite face plane, et la forme de serpentin est telle que la distance crête-à-crête de cette courbe milieu permet une excitation en phase des fentes.An electromagnetic wave metal guide (100) has aligned slots (20). The electromagnetic waveguide has a generally serpentine shape defined as a shape having an alternation of inverted curvatures in three dimensions centered on an X plane, deeper than wide. The general shape of the coil is, for example, a regular three-dimensional corrugation centered on said plane X. The general shape of the coil thus has two flat faces which are parallel to each other and which are perpendicular to said plane X. The slots are aligned according to a axis parallel to said X plane, so that the respective centers of the slots coincide with perpendicular to said axis parallel to said X plane which pass respectively through vertices of the middle curve of said planar face, and the coil shape is such that the distance peak-to-peak of this middle curve allows phase excitation of the slots.
Description
La présente invention concerne le domaine des guides d’ondes électromagnétiques et plus particulièrement le domaine des guides d’ondes électromagnétiques à fentes.The present invention relates to the field of electromagnetic waveguides and more particularly to the field of slotted electromagnetic waveguides.
Les guides d’ondes électromagnétiques à fentes sont particulièrement répandus dans le domaine des radars. Il existe aujourd’hui un besoin de fabriquer des antennes à base de guides d’ondes électromagnétiques ayant une fréquence nominale de fonctionnement aux alentours de 79 GHz, notamment en ce qui concerne les radars de régulation de vitesse dans le monde automobile. Un radar de régulation de vitesse est adapté pour mesurer la distance et la vitesse d’approche d’un obstacle, afin d’ajuster la vitesse automatiquement et éviter ainsi une éventuelle collision. Découper des fentes dans un guide d’ondes électromagnétiques est une façon simple de construire une antenne. La position, la forme et l’orientation des fentes sur le guide d’ondes électromagnétiques vont définir le diagramme de rayonnement de l’antenne.Slotted electromagnetic waveguides are particularly prevalent in the field of radar. There is now a need to manufacture antennas based on electromagnetic waveguides having a nominal operating frequency around 79 GHz, especially with regard to speed control radars in the automotive world. A speed control radar is adapted to measure the distance and speed of approach of an obstacle, in order to adjust the speed automatically and thus avoid a possible collision. Cutting slots in an electromagnetic waveguide is a simple way to build an antenna. The position, shape and orientation of the slots on the electromagnetic waveguide will define the radiation pattern of the antenna.
Une configuration typique d’une telle antenne est de découper des éléments radiants sous forme de fentes dans une des parois d’un guide d’ondes électromagnétiques à section rectangulaire creuse, de sorte à couper les lignes de courant du guide d’ondes électromagnétiques.A typical configuration of such an antenna is to cut radiant elements in the form of slots in one of the walls of an electromagnetic hollow rectangular waveguide, so as to cut the current lines of the electromagnetic waveguide.
Les fentes peuvent être placées sur l’une des parois les plus larges du guide d’ondes électromagnétiques à section rectangulaire creuse. Des fentes sont par exemple régulièrement placées en alternance de part et d’autre d’un axe médian de ladite paroi. Cela a l’inconvénient de mener à un faisceau relativement étroit dans ce que l’homme du métier appelle « plan E », ce qui entraîne une chute de gain lorsque plusieurs guides à fentes sont placés côte à côte pour dépointer dans ce plan E. Les fentes peuvent aussi être placées, sur ladite paroi, perpendiculairement par rapport à cet axe médian. Cependant, cela change la polarisation de l’onde électromagnétique et, comme les fentes se retrouvent dans le sens de leurs longueurs respectives dans le plan E, cela pose aussi un problème d’étroitesse du faisceau dans le plan E. Les fentes peuvent être inclinées, dans une position intermédiaire entre celles précédemment évoquées, mais cela pose un problème de polarisation croisée (« cross-polarization » en anglais).The slots can be placed on one of the widest walls of the electromagnetic hollow rectangular waveguide. Slots are for example regularly placed alternately on either side of a median axis of said wall. This has the disadvantage of leading to a relatively narrow beam in what the skilled person calls "plane E", resulting in a gain drop when several slotted guides are placed side by side to detach in this plane E. The slots may also be placed, on said wall, perpendicular to this median axis. However, this changes the polarization of the electromagnetic wave and, as the slots are found in the direction of their respective lengths in the plane E, this also poses a problem of narrowness of the beam in the plane E. The slots can be inclined , in an intermediate position between those previously mentioned, but this poses a problem of cross polarization ("cross-polarization" in English).
Les fentes peuvent en variante être placées sur l’une des parois les moins larges du guide d’ondes électromagnétiques à section rectangulaire creuse. En alignant les fentes sur un axe médian de ladite paroi, la distance à respecter entre les fentes pour une excitation en phase est grande à cause de l’orientation des lignes de courant sur cette paroi du guide d’ondes électromagnétiques. Les fentes peuvent aussi être inclinées par rapport à cet axe médian, mais cela pose aussi un problème de polarisation croisée.The slots may alternatively be placed on one of the thinnest walls of the electromagnetic hollow rectangular waveguide. By aligning the slots on a median axis of said wall, the distance to be respected between the slots for a phase excitation is large because of the orientation of the current lines on this wall of the electromagnetic waveguide. The slots may also be inclined relative to this median axis, but this also poses a problem of cross polarization.
Il est souhaitable de pallier ces différents inconvénients de l’état de la technique.It is desirable to overcome these various disadvantages of the state of the art.
Il est notamment souhaitable de fournir un guide d’ondes électromagnétiques qui permette d’obtenir un large faisceau dans ce que l’homme du métier appelle « plan E », à faible niveau de polarisation croisée et à encombrement réduit.In particular, it is desirable to provide an electromagnetic waveguide which makes it possible to obtain a broad beam in what the person skilled in the art will call "plane E", with a low level of cross polarization and reduced bulk.
Il est notamment souhaitable de fournir une solution qui soit simple à mettre en œuvre et à faible coût.It is particularly desirable to provide a solution that is simple to implement and low cost.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un guide métallique d’ondes électromagnétiques comportant sur une paroi des fentes alignées. Ledit guide d’ondes électromagnétiques a une forme générale de serpentin, la forme générale de serpentin étant définie comme une forme comportant une alternance de courbures inversées en trois dimensions centrée sur un plan X, ladite alternance de courbures inversées ayant une largeur en tout point au maximum égale à une première valeur prédéfinie et de profondeur égale à une seconde valeur prédéfinie supérieure à ladite première valeur prédéfinie, de telle sorte que la forme générale de serpentin dispose ainsi de deux faces planes qui sont parallèles entre elles et qui sont perpendiculaires audit plan X. De plus, lesdites fentes sont alignées le long d’une desdites faces planes selon un axe parallèle audit plan X, de telle sorte que les barycentres respectifs desdites fentes coïncident avec des perpendiculaires audit axe parallèle audit plan X qui passent respectivement par des sommets de la courbe milieu de ladite face plane. Enfin, la forme de serpentin est telle que la distance crête-à-crête de ladite courbe milieu permet une excitation en phase desdites fentes. Ainsi, le guide d’ondes électromagnétiques est à large faisceau dans ce que l’homme du métier appelle « plan E », à faible niveau de polarisation croisée et à encombrement réduit.According to a first aspect, the invention relates to a metal guide of electromagnetic waves having on one wall aligned slots. Said electromagnetic waveguide has a generally serpentine shape, the general serpentine shape being defined as a shape comprising an alternation of inverted curvatures in three dimensions centered on an X plane, said alternation of inverted curvatures having a width at any point at maximum equal to a first predefined value and of depth equal to a second predefined value greater than said first predefined value, so that the general shape of coil thus has two plane faces which are parallel to each other and which are perpendicular to said X plane In addition, said slots are aligned along one of said planar faces along an axis parallel to said plane X, so that the respective centers of said slots coincide with perpendiculars to said axis parallel to said plane X which pass respectively by vertices of the middle curve of said planar face. Finally, the serpentine shape is such that the peak-to-peak distance of said middle curve allows a phase excitation of said slots. Thus, the electromagnetic waveguide is broad beam in what the skilled person calls "plane E", low level of cross polarization and reduced bulk.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit guide d’ondes électromagnétiques est creux et rempli d’air.According to a particular embodiment, said electromagnetic waveguide is hollow and filled with air.
Selon un mode de réalisation particulier, la forme générale de serpentin est une forme générale de serpentin régulier de sorte à former une ondulation en trois dimensions, de largeur constante, centrée autour dudit plan X.According to a particular embodiment, the general coil shape is a general shape of regular serpentine so as to form a three-dimensional undulation, of constant width, centered around said X plane.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdites fentes sont alignées selon ledit axe parallèle audit plan X de telle sorte que les barycentres respectifs desdites fentes coïncident avec lesdits sommets de ladite courbe milieu.According to a particular embodiment, said slots are aligned along said axis parallel to said plane X so that the respective centers of said slots coincide with said vertices of said middle curve.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdites fentes sont de mêmes dimensions et espacées régulièrement.According to a particular embodiment, said slots are of the same dimensions and spaced regularly.
Selon un mode de réalisation particulier, le guide d’ondes électromagnétiques comporte une zone de couplage adaptée pour effectuer une transition entre le guide d’ondes électromagnétiques et un lien avec un système de transmission de données, et le guide d’ondes électromagnétiques est symétrique selon un plan perpendiculaire au plan X, aussi perpendiculaire à la paroi du guide d’ondes électromagnétiques où se trouvent lesdites fentes, et passant par le point milieu de la zone de couplage.According to a particular embodiment, the electromagnetic waveguide comprises a coupling zone adapted to effect a transition between the electromagnetic waveguide and a link with a data transmission system, and the electromagnetic waveguide is symmetrical in a plane perpendicular to the X plane, also perpendicular to the wall of the electromagnetic waveguide where are said slots, and passing through the midpoint of the coupling zone.
Selon un mode de réalisation particulier, la zone de couplage comporte une fente de couplage destinée à être associée à un microruban posé sur un matériau diélectrique intercalé entre ladite fente de couplage et ledit microruban.According to a particular embodiment, the coupling zone comprises a coupling slot intended to be associated with a microstrip placed on a dielectric material interposed between said coupling slot and said microstrip.
Selon un mode de réalisation particulier, la forme générale de serpentin est creusée dans une plaque de matériau diélectrique, la forme générale de serpentin ainsi creusée présente une première couche métallique, une desdites faces planes est réalisée sous forme d’un premier capot dans un matériau diélectrique sur lequel une seconde couche métallique est présente et dans lequel lesdites fentes alignées sont présentes, l’autre desdites faces planes est réalisée sous forme d’un second capot dans un matériau diélectrique sur lequel une troisième couche métallique est présente, et les seconde et troisième couches métalliques sont en contact avec la première couche métallique.According to a particular embodiment, the general shape of the coil is hollowed out in a plate of dielectric material, the general shape of the coil thus excavated has a first metal layer, one of said planar faces is formed as a first cover in a material on which a second metal layer is present and wherein said aligned slots are present, the other of said planar faces is formed as a second cover in a dielectric material on which a third metal layer is present, and the second and third metal layers are in contact with the first metal layer.
Selon un mode de réalisation particulier en variante, la forme générale de serpentin est obtenue dans son contour par perçage de trous rapprochés dans une plaque de matériau diélectrique, lesdits trous sont métallisés, une desdites faces planes est réalisée sous forme d’un premier capot dans un matériau diélectrique sur lequel une seconde couche métallique est présente et dans lequel lesdites fentes alignées sont présentes, l’autre desdites faces planes est réalisée sous forme d’un second capot dans un matériau diélectrique sur lequel une troisième couche métallique est présente, et les seconde et troisième couches métalliques sont en contact avec lesdits trous métallisés.According to a particular variant embodiment, the general shape of the coil is obtained in its contour by drilling close holes in a plate of dielectric material, said holes are metallized, one of said planar faces is made in the form of a first cover in a dielectric material on which a second metal layer is present and wherein said aligned slots are present, the other of said planar faces is formed as a second cover in a dielectric material on which a third metal layer is present, and second and third metal layers are in contact with said metallized holes.
Selon un mode de réalisation particulier en complément de l’un ou l’autre des deux derniers modes de réalisation particuliers précédents, des antennes planaires sont présentes de part et d’autre de chacune desdites fentes alignées, lesdites antennes étant imprimées sur la face dudit premier capot opposée à celle sur laquelle la seconde couche métallique est présente.According to a particular embodiment in addition to one or the other of the last two previous specific embodiments, planar antennas are present on either side of each of said aligned slots, said antennas being printed on the face of said first cover opposite to that on which the second metal layer is present.
Selon un second aspect, l’invention concerne un réseau d’antennes comportant une pluralité de guides d’ondes électromagnétiques de telle sorte que les formes générales de serpentin desdits guides d’ondes électromagnétiques sont présentes dans une même plaque de matériau diélectrique, que les guides d’ondes électromagnétiques sont disposés de telle sorte que les alignements de leurs fentes respectives soient parallèles, et que deux capots respectivement de part et d’autre de ladite plaque finalisent ladite pluralité de guides d’ondes électromagnétiques.According to a second aspect, the invention relates to an antenna array comprising a plurality of electromagnetic waveguides such that the general serpentine shapes of said electromagnetic waveguides are present in the same plate of dielectric material, that the electromagnetic waveguides are arranged such that the alignments of their respective slots are parallel, and that two covers respectively on either side of said plate finalize said plurality of electromagnetic waveguides.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne un réseau d’antennes comportant trois guides d’ondes électromagnétiques, deux guides d’ondes électromagnétiques extérieurs étant disposés de part et d’autre d’un guide d’ondes électromagnétiques central, de telle sorte que les formes générales de serpentin desdits guides d’ondes électromagnétiques sont présentes dans un assemblage de plaques de matériau diélectrique, que les guides d’ondes électromagnétiques sont disposés de telle sorte que les alignements de leurs fentes respectives soient parallèles, qu’une plaque dudit assemblage de plaques forme l’épaisseur des guides d’ondes électromagnétiques extérieurs et que ledit assemblage de plaques forme l’épaisseur du guide d’ondes électromagnétiques central. De plus, seul le guide d’ondes électromagnétiques central dispose de ladite zone de couplage et les deux guides d’ondes électromagnétiques extérieurs sont agencés de sorte à être excités par couplage électromagnétique avec ledit guide d’ondes électromagnétiques central grâce à leurs fentes alignées respectives, et deux capots respectivement de part et d’autre dudit assemblage de plaques finalisent ladite pluralité de guides d’ondes électromagnétiques.According to a third aspect, the invention relates to an antenna array comprising three electromagnetic waveguides, two external electromagnetic waveguides being disposed on either side of a central electromagnetic waveguide, so that that the general coil shapes of said electromagnetic waveguides are present in an assembly of plates of dielectric material, that the electromagnetic waveguides are arranged such that the alignments of their respective slots are parallel, that a plate of said plate assembly forms the thickness of the outer electromagnetic waveguides and said plate assembly forms the thickness of the central electromagnetic waveguide. Moreover, only the central electromagnetic waveguide has said coupling zone and the two outer electromagnetic waveguides are arranged to be excited by electromagnetic coupling with said central electromagnetic waveguide by virtue of their respective aligned slots. and two covers respectively on either side of said plate assembly finalize said plurality of electromagnetic waveguides.
Selon un quatrième aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un guide métallique d’ondes électromagnétiques comportant sur une paroi des fentes alignées, ledit procédé comportant : une étape d’obtention d’une forme générale métallique de serpentin, la forme générale de serpentin étant définie comme une forme comportant une alternance de courbures inversées en trois dimensions centrée sur un plan X ayant une largeur en tout point au maximum égale à une première valeur prédéfinie et de profondeur égale à une seconde valeur prédéfinie supérieure à ladite première valeur prédéfinie ; une étape d’obtention de premier et second capots métalliques, un desdits capots métalliques comportant lesdites fentes ; et une étape d’assemblage de telle sorte que la forme générale de serpentin dispose ainsi de deux faces planes qui sont parallèles entre elles et qui sont perpendiculaires audit plan X, que lesdites fentes sont alignées selon un axe parallèle audit plan X, que les barycentres respectifs desdites fentes coïncident avec des perpendiculaires audit axe parallèle audit plan X qui passent respectivement par des sommets de la courbe milieu de ladite face plane, et que la forme de serpentin est telle que la distance crête-à-crête de ladite courbe milieu permet une excitation en phase desdites fentes.According to a fourth aspect, the invention relates to a method for manufacturing an electromagnetic waveguide comprising on a wall aligned slots, said method comprising: a step of obtaining a general metallic coil shape, the shape serpentine coil being defined as a shape having an alternation of inverted three-dimensional curvatures centered on a plane X having a width at any point at most equal to a first predefined value and of depth equal to a second predefined value greater than said first value predefined; a step of obtaining first and second metal covers, one of said metal covers having said slots; and an assembly step such that the general shape of the coil thus has two plane faces which are parallel to each other and which are perpendicular to said plane X, that said slots are aligned along an axis parallel to said plane X, that the barycentres respective ones of said slots coincide with perpendiculars to said axis parallel to said plane X which respectively pass through vertices of the middle curve of said planar face, and that the serpentine shape is such that the peak-to-peak distance of said middle curve allows a phase excitation of said slots.
Selon un mode de réalisation particulier, la forme générale de serpentin est creusée dans une plaque de matériau diélectrique d’épaisseur égale à la seconde valeur prédéfinie, la forme générale de serpentin ainsi creusée est métallisée pour obtenir une première couche métallique, lesdits capots sont obtenus en métallisant deux autres plaques de matériau diélectrique pour obtenir respectivement des seconde et troisième couches métalliques, et l’assemblage est tel que les seconde et troisième couches métalliques sont en contact avec la première couche métallique.According to a particular embodiment, the general shape of the coil is hollowed out in a plate of dielectric material of a thickness equal to the second predefined value, the general form of coil thus dug is metallized to obtain a first metal layer, said hoods are obtained metallizing two other plates of dielectric material to respectively obtain second and third metal layers, and the assembly is such that the second and third metal layers are in contact with the first metal layer.
Selon un mode de réalisation particulier en variante, la forme générale de serpentin est obtenue par perçage de trous rapprochés dans une plaque de matériau diélectrique d’épaisseur égale à la seconde valeur prédéfinie, lesdits trous sont métallisés, lesdits capots sont obtenus en métallisant deux autres plaques de matériau diélectrique pour obtenir respectivement des seconde et troisième couches métalliques, et l’assemblage est tel que les seconde et troisième couches métalliques sont en contact avec lesdits trous métallisés.According to a particular variant embodiment, the general shape of the coil is obtained by drilling close holes in a plate of dielectric material of a thickness equal to the second predefined value, said holes are metallized, said covers are obtained by metallizing two others plates of dielectric material for respectively obtaining second and third metal layers, and the assembly is such that the second and third metal layers are in contact with said metallized holes.
Selon un mode de réalisation particulier en complément de l’un ou l’autre des deux derniers modes de réalisation particuliers précédents, des antennes planaires sont imprimées sur le capot sur lequel lesdites fentes alignées sont présentes, sur la face opposée à celle où est présente ladite couche métallique, de telle sorte que les antennes planaires sont présentes de part et d’autre de chacune desdites fentes alignées.According to a particular embodiment in addition to one or other of the last two previous specific embodiments, planar antennas are printed on the cover on which said aligned slots are present, on the face opposite to that where is present. said metal layer, such that the planar antennas are present on either side of each of said aligned slots.
Selon un cinquième aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un réseau d’antennes comportant une pluralité de guides d’ondes électromagnétiques, tel que les formes générales de serpentin desdits guides d’ondes électromagnétiques sont obtenues dans une même plaque de matériau diélectrique, que les guides d’ondes électromagnétiques sont disposés de telle sorte que les alignements de leurs fentes respectives soient parallèles, et que deux capots respectivement de part et d’autre de ladite plaque finalisent par assemblage ladite pluralité de guides d’ondes électromagnétiques.According to a fifth aspect, the invention relates to a method of manufacturing an antenna array comprising a plurality of electromagnetic waveguides, such that the general coil shapes of said electromagnetic waveguides are obtained in a single plate of electromagnetic waves. dielectric material, that the electromagnetic waveguides are arranged such that the alignments of their respective slots are parallel, and that two covers respectively on either side of said plate finalize by assembly said plurality of electromagnetic waveguides .
Selon un sixième aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un réseau d’antennes comportant une pluralité de guides d’ondes électromagnétiques, tel que ledit réseau d’antennes comporte trois guides d’ondes électromagnétiques, deux guides d’ondes électromagnétiques extérieurs étant disposés de part et d’autre d’un guide d’ondes électromagnétiques central, que les guides d’ondes électromagnétiques extérieurs sont d’épaisseur moindre que le guide d’ondes électromagnétiques central, et que le procédé comporte : une étape où les formes de serpentin des guides d’ondes électromagnétiques extérieurs sont creusées dans une première plaque de matériau diélectrique d’épaisseur définissant l’épaisseur desdits guides d’ondes électromagnétiques extérieurs ; une étape d’assemblage de la première plaque de matériau diélectrique avec une seconde plaque de matériau diélectrique, l’assemblage étant d’épaisseur définissant l’épaisseur du guide d’ondes électromagnétiques central ; une étape où la forme de serpentin du guide d’ondes électromagnétiques central est creusée dans l’assemblage des première et seconde plaques de matériau diélectrique ; une étape de métallisation des formes de serpentin creusées ; et deux capots respectivement de part et d’autre de ladite plaque finalisent par assemblage ladite pluralité de guides d’ondes électromagnétiques . De plus, le procédé est tel que seul le guide d’ondes électromagnétiques central dispose de ladite zone de couplage et l’agencement des deux guides d’ondes électromagnétiques extérieurs est tel que lesdits guides d’ondes électromagnétiques extérieurs sont excités par couplage électromagnétique avec ledit guide d’ondes électromagnétiques central grâce à leurs fentes alignées respectives.According to a sixth aspect, the invention relates to a method of manufacturing an antenna array comprising a plurality of electromagnetic waveguides, such that said antenna array comprises three electromagnetic waveguides, two waveguides external electromagnetic waveguides being arranged on either side of a central electromagnetic waveguide, that the external electromagnetic waveguides are of lesser thickness than the central electromagnetic waveguide, and that the method comprises: a step wherein the coil shapes of the outer electromagnetic waveguides are dug into a first plate of dielectric material of thickness defining the thickness of said outer electromagnetic waveguides; a step of assembling the first plate of dielectric material with a second plate of dielectric material, the assembly being of thickness defining the thickness of the central electromagnetic waveguide; a step where the serpentine shape of the central electromagnetic waveguide is dug into the assembly of the first and second dielectric material plates; a metallization step of the buried serpentine forms; and two covers respectively on either side of said plate finalize by assembly said plurality of electromagnetic waveguides. In addition, the method is such that only the central electromagnetic waveguide has said coupling zone and the arrangement of the two outer electromagnetic waveguides is such that said external electromagnetic waveguides are excited by electromagnetic coupling with said central electromagnetic waveguide through their respective aligned slots.
Les caractéristiques de l’invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d’autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : - la Fig. 1 illustre schématiquement un mode de réalisation d’un guide d’ondes électromagnétiques selon la présente invention ; - la Fig. 2 illustre schématiquement un autre mode de réalisation d’un guide d’ondes électromagnétiques selon la présente invention ; - la Fig. 3 illustre schématiquement une vue partielle en coupe d’un mode de réalisation d’un guide d’ondes électromagnétiques selon la présente invention ; - la Fig. 4 illustre schématiquement un mode de réalisation d’un procédé de fabrication d’un guide d’ondes électromagnétiques selon la présente invention ; - la Fig. 5 illustre schématiquement un mode de réalisation d’un premier réseau d’antennes comportant une pluralité de guides d’ondes électromagnétiques selon la présente invention ; - la Fig. 6 illustre schématiquement un mode de réalisation d’un second réseau d’antennes comportant une pluralité de guides d’ondes électromagnétiques selon la présente invention ; - la Fig. 7 illustre schématiquement un mode de réalisation d’un troisième réseau d’antennes comportant une pluralité de guides d’ondes électromagnétiques selon la présente invention ; - la Fig. 8 illustre schématiquement une vue partielle en coupe d’un mode de réalisation d’un quatrième réseau d’antennes comportant une pluralité de guides d’ondes électromagnétiques selon la présente invention ; et - la Fig. 9 illustre schématiquement un mode de réalisation particulier d’un guide d’ondes électromagnétiques selon la présente invention.The characteristics of the invention mentioned above, as well as others, will emerge more clearly on reading the following description of an exemplary embodiment, said description being given in relation to the attached drawings, among which: Fig. 1 schematically illustrates an embodiment of an electromagnetic waveguide according to the present invention; FIG. 2 schematically illustrates another embodiment of an electromagnetic waveguide according to the present invention; FIG. 3 schematically illustrates a partial sectional view of an embodiment of an electromagnetic waveguide according to the present invention; FIG. 4 schematically illustrates an embodiment of a method for manufacturing an electromagnetic waveguide according to the present invention; FIG. 5 schematically illustrates an embodiment of a first antenna array having a plurality of electromagnetic waveguides according to the present invention; FIG. 6 schematically illustrates an embodiment of a second antenna array having a plurality of electromagnetic waveguides according to the present invention; FIG. 7 schematically illustrates an embodiment of a third antenna array having a plurality of electromagnetic waveguides according to the present invention; FIG. 8 schematically illustrates a partial sectional view of an embodiment of a fourth antenna array having a plurality of electromagnetic waveguides according to the present invention; and - FIG. 9 schematically illustrates a particular embodiment of an electromagnetic waveguide according to the present invention.
La Fig. 1 illustre schématiquement un mode de réalisation d’une antenne sous forme de guide d’ondes électromagnétiques selon la présente invention. Le guide d’ondes électromagnétiques présenté sur la Fig. 1 est métallique et a une forme générale de serpentin. Cela signifie que la forme du guide d’ondes électromagnétiques présente une alternance de courbures inversées qui est centrée sur un plan, noté « X » sur la Fig. 1, par exemple comme si la forme du guide d’ondes électromagnétiques suivait une sinusoïde représentée en trois dimensions.Fig. 1 schematically illustrates an embodiment of an antenna in the form of an electromagnetic waveguide according to the present invention. The electromagnetic waveguide shown in FIG. 1 is metallic and has a general shape of coil. This means that the shape of the electromagnetic waveguide has an alternation of inverted curvatures which is centered on a plane, denoted "X" in FIG. 1, for example as if the shape of the electromagnetic waveguide followed a sinusoid shown in three dimensions.
Le guide d’ondes électromagnétiques est préférentiellement creux et est rempli d’air. Un mode de fabrication d’un tel guide d’ondes électromagnétiques est décrit ci-après en relation avec la Fig. 4.The electromagnetic waveguide is preferably hollow and is filled with air. A method of manufacturing such an electromagnetic waveguide is described below in connection with FIG. 4.
Le guide d’ondes électromagnétiques est destiné à être connecté à un système de transmission de données, par l’intermédiaire d’un lien 30, tel qu’un câble coaxial ou un microruban (« microstrip » en anglais), afin de permettre au système de transmission de données d’émettre et/ou de recevoir des signaux via ladite antenne.The electromagnetic waveguide is intended to be connected to a data transmission system, via a link 30, such as a coaxial cable or a microstrip ("microstrip" in English), in order to enable the transmission system for transmitting and / or receiving signals via said antenna.
La forme générale de serpentin est préférentiellement régulière afin de faciliter la fabrication du guide d’ondes électromagnétiques. Une forme de serpentin régulier est une forme d’ondulation régulière en trois dimensions centrée sur le plan noté « X » sur la Fig. 1, la forme de serpentin disposant ainsi de deux faces de forme plane d’ondulation régulière, de largeur constante, qui sont parallèles entre elles et qui sont perpendiculaires au plan X.The general shape of the coil is preferably regular in order to facilitate the manufacture of the electromagnetic waveguide. A regular serpentine shape is a regular three-dimensional waveform centered on the plane marked "X" in FIG. 1, the serpentine shape thus having two planar faces of uniform waviness, of constant width, which are parallel to each other and which are perpendicular to the X plane.
La forme du guide d’ondes électromagnétiques est dite de forme « générale » de serpentin, car selon comment est établie la transition entre le guide d’ondes électromagnétiques et le lien avec le système de transmission de données (i.e. l’endroit du guide d’ondes électromagnétiques qui est adapté pour effectuer un couplage avec ledit lien), la forme de serpentin du guide d’ondes électromagnétiques peut présenter une ou plusieurs discontinuités dans l’alternance de courbures inversées. Cela est notamment le cas sur la Fig. 1, où le guide d’ondes électromagnétiques comporte une zone de couplage avec ledit lien qui rompt la forme de serpentin régulier.The shape of the electromagnetic waveguide is said to be of "general" serpentine form, because according to how is established the transition between the electromagnetic waveguide and the link with the data transmission system (ie the location of the guide of the electromagnetic waveguide electromagnetic wave which is adapted to effect coupling with said link), the coil shape of the electromagnetic waveguide may have one or more discontinuities in the alternation of inverted curvatures. This is particularly the case in FIG. 1, wherein the electromagnetic waveguide has a coupling zone with said link which breaks the regular coil shape.
De manière particulière, la forme de serpentin régulier est une ondulation régulière de largeur de valeur prédéfinie « b » et de profondeur de valeur prédéfinie «a» (épaisseur du guide d’ondes électromagnétiques, aussi appelée «hauteur» du guide d’ondes électromagnétiques), et le guide d’ondes électromagnétiques s’étend sur une longueur de valeur prédéfinie « c » et une largeur de valeur prédéfinie « d », comme noté sur la Fig. 1. De manière générale, la forme de serpentin est une alternance de courbures inversées de largeur en tout point au maximum égale à la valeur prédéfinie « b » et de profondeur égale à la valeur prédéfinie « a ».In particular, the regular coil shape is a regular wave of predefined value width "b" and predefined value depth "a" (electromagnetic waveguide thickness, also referred to as the "height" of the electromagnetic waveguide ), and the electromagnetic waveguide extends over a predefined value length "c" and a predefined value width "d", as noted in FIG. 1. In general, the serpentine shape is an alternation of inverted curvatures of width at any point at most equal to the predefined value "b" and of depth equal to the predefined value "a".
La valeur « a » de l’épaisseur (ou hauteur) du guide d’ondes électromagnétiques est supérieure à la valeur « b » de la largeur de la forme générale de serpentin régulier. De ce fait, les faces du guide d’ondes électromagnétiques qui sont de largeur égale à la valeur prédéfinie « a » sont appelées « parois larges » (« large walls » en anglais) par l’homme du métier, alors que les faces planes du guide d’ondes électromagnétiques de forme d’ondulation régulière de largeur égale à la valeur prédéfinie « b » sont appelées « parois étroites » (« narrow walls » en anglais).The value "a" of the thickness (or height) of the electromagnetic waveguide is greater than the value "b" of the width of the general shape of regular coil. As a result, the faces of the electromagnetic waveguide which are of width equal to the predefined value "a" are called "wide walls" ("wide walls" in English) by the person skilled in the art, whereas the flat faces electromagnetic waveguide of regular waveform shape of width equal to the preset value "b" are called "narrow walls" ("narrow walls" in English).
Il convient de noter que la valeur « b » de la largeur de la forme générale de serpentin peut ne pas être strictement constante sur la totalité de chaque paroi étroite (la forme générale de serpentin n’étant alors pas régulière), et ce afin d’ajuster le diagramme de rayonnement aux besoins d’une application dans laquelle le guide d’ondes électromagnétiques est destiné à s’inscrire.It should be noted that the value "b" of the width of the general coil shape may not be strictly constant over the whole of each narrow wall (the general shape of the coil being not then regular), in order to adjust the radiation pattern to the needs of an application in which the electromagnetic waveguide is intended to register.
Sur une des faces planes de forme d’ondulation sont disposées des fentes alignées sur un axe parallèle audit plan X. Les fentes alignées sont disposées le long de ladite face plane (paroi étroite) de telle sorte que les barycentres respectifs desdites fentes coïncident avec des perpendiculaires audit axe parallèle audit plan X qui passent par des sommets de la courbe milieu de ladite face plane, de manière à ce que lesdites fentes coupent les lignes de courant qui se forment sur ladite paroi plane à l’utilisation dudit guide d’ondes électromagnétiques. Même si la forme du guide d’ondes électromagnétiques n’est pas purement une ondulation régulière, à cause de la présence de la zone de couplage avec le lien avec le système de transmission de données, les positions respectives desdites fentes alignées vis-à-vis des sommets de ladite courbe milieu sont respectées. Les barycentres respectifs desdites fentes coïncident préférentiellement avec les sommets de la courbe milieu de ladite face plane. Les barycentres respectifs desdites fentes peuvent cependant être décalés par rapport aux sommets de la courbe milieu de ladite face plane, de manière à ajuster la distance entre fentes de plusieurs guides d’ondes électromagnétiques juxtaposés dans le cadre d’une réalisation de réseau d’antennes comme notamment présenté ci-après en relation avec les Figs. 7 et 8, ce afin d’améliorer l’interaction électromagnétique des guides d’ondes électromagnétiques constituant le réseau d’antennes.On one of the flat faces of corrugation shape are arranged slots aligned on an axis parallel to said plane X. The aligned slots are disposed along said planar face (narrow wall) so that the respective centers of said slots coincide with perpendicular to said axis parallel to said plane X which pass through vertices of the middle curve of said planar face, so that said slots intersect the current lines that form on said planar wall to the use of said electromagnetic waveguide . Although the shape of the electromagnetic waveguide is not purely a regular wave, because of the presence of the coupling zone with the link with the data transmission system, the respective positions of said aligned slots vis-à-vis vertices of said middle curve are respected. The respective centroids of said slots preferably coincide with the vertices of the middle curve of said planar face. The respective barycenters of said slots may, however, be offset from the vertices of the middle curve of said plane face, so as to adjust the distance between slots of several electromagnetic waveguides juxtaposed in the context of an antenna array realization as in particular presented below in connection with FIGS. 7 and 8, in order to improve the electromagnetic interaction of the electromagnetic waveguides constituting the antenna array.
Les fentes alignées sont préférentiellement en forme de rectangles. Cela permet d’obtenir aisément une polarisation linéaire. Des fentes en forme de «H» peuvent aussi être utilisées pour obtenir aisément une polarisation circulaire. D’autres formes de fentes peuvent être utilisées pour adapter le diagramme de rayonnement aux besoins de l’application dans laquelle le guide d’ondes électromagnétiques est destiné à s’inscrire, notamment pour ajuster un dépointage du guide d’ondes électromagnétiques. Les fentes alignées sont toutefois préférentiellement identiques afin de faciliter la fabrication du guide d’ondes électromagnétiques.The aligned slots are preferably in the form of rectangles. This makes it easy to obtain a linear polarization. "H" shaped slots can also be used to easily obtain circular polarization. Other forms of slots may be used to adapt the radiation pattern to the needs of the application in which the electromagnetic waveguide is intended to register, in particular to adjust a misalignment of the electromagnetic waveguide. The aligned slots are however preferably identical in order to facilitate the manufacture of the electromagnetic waveguide.
La face du guide d’ondes électromagnétiques qui est parallèle à celle qui comporte lesdites fentes alignées ne comporte pas de telles fentes alignées, mais peut cependant présenter une fente de couplage permettant de coupler ladite antenne avec le lien avec le système de transmission de données.The face of the electromagnetic waveguide which is parallel to that which comprises said aligned slots does not include such aligned slots, but may however have a coupling slot for coupling said antenna with the link with the data transmission system.
La quantité de fentes alignées présentes dans le guide d’ondes électromagnétiques (et donc par voie de conséquence la quantité de sommets de la courbe milieu de la face plane vis-à-vis desquels sont positionnées lesdites fentes) et leur espacement permettent de définir la largeur du faisceau de rayonnement du guide d’ondes électromagnétiques dans ce que l’homme du métier appelle « plan H », i.e. le plan (x,z) selon le repère orthonormé (x,y,z) représenté sur la Fig. 1. Les fentes alignées sont préférentiellement espacées régulièrement, ce qui signifie que les sommets de la courbe milieu de la paroi étroite où sont localisées lesdites fentes sont aussi espacés régulièrement. En ayant une distance géométrique identique entre les fentes successives, un fonctionnement stable sur une plus large bande de fréquences peut être obtenu.The amount of aligned slits present in the electromagnetic waveguide (and hence consequently the amount of vertices of the middle curve of the plane face with respect to which said slots are positioned) and their spacing make it possible to define the width of the radiation beam of the electromagnetic waveguide in what the skilled person calls "plane H", ie the plane (x, z) according to the orthonormal coordinate system (x, y, z) shown in FIG. 1. The aligned slots are preferably spaced regularly, which means that the vertices of the middle curve of the narrow wall where are located said slots are also spaced regularly. By having an identical geometric distance between the successive slots, stable operation over a wider frequency band can be obtained.
La forme générale de serpentin permet ainsi de réduire l’encombrement du guide d’ondes électromagnétiques par rapport à ce que l’encombrement serait si la forme du guide d’ondes électromagnétiques était parallélépipédique pour une largeur de faisceau de rayonnement du guide d’ondes électromagnétiques dans le plan H substantiellement identique. En effet, la forme de serpentin est définie de telle sorte que la distance crête-à-crête (amplitude selon un axe perpendiculaire au plan X) de la courbe milieu de ladite forme plane d’ondulation régulière permet une excitation en phase desdites fentes alignées. Cela permet de réduire l’espacement entre lesdites fentes alignées, tout en permettant cette excitation en phase sans provoquer d’apparition de lobes d’ambiguïté dans le diagramme de rayonnement dans le plan H, et ce, tout en maintenant une portion de guide entre fentes (en suivant la forme de serpentin) de longueur égale au moins à la longueur d’onde λg dans le guide d’ondes électromagnétiques à la fréquence nominale de fonctionnement de l’antenne (e.g. 79 GHz). L’alignement desdites fentes tel que présenté ci-dessus permet d’atteindre un bas niveau de polarisation croisée quel que soit l’angle de rayonnement considéré, et une importante largeur du faisceau de rayonnement (au delà de cent cinquante degrés) dans ce que l’homme du métier appelle « plan E », i.e. le plan (y,z) selon le repère orthonormé (x,y,z) représenté sur la Fig. 1.The general shape of the coil thus makes it possible to reduce the bulk of the electromagnetic waveguide with respect to what the bulk would be if the shape of the electromagnetic waveguide was parallelepiped for a waveguide beamwidth of the waveguide electromagnetic in the plane H substantially identical. Indeed, the serpentine shape is defined such that the peak-to-peak distance (amplitude along an axis perpendicular to the X plane) of the middle curve of said regular corrugation plane shape allows a phase excitation of said aligned slots . This makes it possible to reduce the spacing between said aligned slots, while allowing this excitation in phase without causing appearance of ambiguity lobes in the H-plane radiation pattern, while maintaining a guide portion between slots (following the coil shape) of length at least equal to wavelength λg in the electromagnetic waveguide at the nominal operating frequency of the antenna (eg 79 GHz). The alignment of said slots as presented above makes it possible to achieve a low level of cross polarization regardless of the radiation angle considered, and a large width of the beam of radiation (beyond one hundred and fifty degrees) in which those skilled in the art call "plane E", ie the plane (y, z) according to the orthonormal coordinate system (x, y, z) represented in FIG. 1.
Le guide d’ondes électromagnétiques présenté sur la Fig. 1 comporte à une de ses extrémités 11 une forme de parallélépipède rectangle. S’ensuit, à partir du plan « X », une première partie de la forme d’ondulation régulière dont chacune desdites faces planes présente trois sommets d’un côté, où sont présentes des dites fentes alignées pour l’une desdites faces planes, et deux sommets de l’autre par rapport au plan X. Au niveau du barycentre de la troisième fente (en séquence) et selon un plan perpendiculaire au plan X, la première partie de la forme d’ondulation régulière s’arrête pour laisser place à un parallélépipède rectangle servant de zone de couplage avec le lien avec le système de transmission de données. Une fente est donc à cheval entre la première partie de la forme d’ondulation régulière et la zone de couplage. Ensuite, en respectant l’espacement constant prévu entre lesdites fentes, se trouve une autre fente, et une seconde partie de la forme d’ondulation régulière repart. Cette autre fente est donc à cheval entre la seconde partie de la forme d’ondulation régulière et la zone de couplage. Au niveau du barycentre de la quatrième fente (en séquence) et selon un plan perpendiculaire au plan X, la seconde partie de la forme d’ondulation régulière prend place. Le guide d’ondes électromagnétiques est symétrique selon un plan perpendiculaire au plan X, aussi perpendiculaire à la paroi du guide d’ondes électromagnétiques où se trouvent lesdites fentes alignées, et passant par le point milieu de la zone de couplage. Chacune desdites faces planes de la seconde partie de la forme d’ondulation régulière présente donc trois sommets d’un côté, où sont présentes des dites fentes alignées pour une desdites faces planes, et deux sommets de l’autre par rapport au plan X. S’ensuite une forme de parallélépipède rectangle pour former l’autre extrémité 12 du guide d’ondes électromagnétiques.The electromagnetic waveguide shown in FIG. 1 has at one of its ends 11 a rectangular parallelepiped shape. Follows, from the plane "X", a first part of the regular wave form, each of said planar faces having three vertices on one side, where there are present said aligned slots for one of said planar faces, and two vertices of the other relative to the X plane. At the center of the third slit (in sequence) and in a plane perpendicular to the X plane, the first part of the regular ripple shape stops to make room to a rectangular parallelepiped serving as coupling area with the link with the data transmission system. A slot is therefore straddling between the first part of the regular wave form and the coupling zone. Then, respecting the constant spacing provided between said slots, there is another slot, and a second portion of the regular waveform starts again. This other slot is therefore straddling the second part of the regular wave form and the coupling zone. At the barycenter of the fourth slot (in sequence) and in a plane perpendicular to the X plane, the second part of the regular waveform takes place. The electromagnetic waveguide is symmetrical in a plane perpendicular to the X plane, also perpendicular to the wall of the electromagnetic waveguide where are said aligned slots, and passing through the midpoint of the coupling zone. Each of said planar faces of the second portion of the regular waveform thus has three vertices on one side, where there are present said aligned slots for one of said planar faces, and two vertices of the other relative to the X plane. Then follows a rectangular parallelepiped shape to form the other end 12 of the electromagnetic waveguide.
On note que, sur tout le long du guide d’ondes électromagnétiques de la Fig. 1, la forme générale de serpentin est de largeur constante égale à la valeur « b » déjà mentionnée. Les formes de parallélépipèdes rectangles qui se trouvent aux extrémités du guide d’ondes électromagnétiques permettent de conserver cette largeur constante le long du guide d’ondes électromagnétiques (égale à la valeur « b » déjà mentionnée) et d’assurer une distance égale à entre l’axe d’alignement desdites fentes alignées et chaque extrémité du guide d’ondes électromagnétiques, afin de ne pas perturber le rayonnement par une onde retour ayant un déphasage non compatible.It is noted that throughout the electromagnetic waveguide of FIG. 1, the general shape of coil is of constant width equal to the value "b" already mentioned. The rectangular parallelepiped shapes at the ends of the electromagnetic waveguide make it possible to keep this width constant along the electromagnetic waveguide (equal to the value "b" already mentioned) and to ensure a distance equal to between the alignment axis of said aligned slots and each end of the electromagnetic waveguide, so as not to disturb the radiation by a return wave having an incompatible phase shift.
Comme déjà mentionné, la transition entre le guide d’ondes électromagnétiques et le lien 30 avec le système de transmission de données s’effectue, selon un mode de réalisation particulier, au moyen d’une fente de couplage associée à un microruban posé sur un matériau diélectrique intercalé entre ladite fente de couplage et ledit microruban.As already mentioned, the transition between the electromagnetic waveguide and the link 30 with the data transmission system is effected, according to a particular embodiment, by means of a coupling slot associated with a microstrip placed on a dielectric material interposed between said coupling slot and said microstrip.
Le lien avec le système de transmission de données peut, selon un autre mode de réalisation particulier, être un câble coaxial, et la transition entre le guide d’ondes électromagnétiques et le câble coaxial peut être réalisée au moyen d’un dispositif de transition adapté disponible sur étagère. La zone de couplage est alors adaptée pour pouvoir monter le dispositif de transition, soit sur la face du guide d’ondes électromagnétiques opposée à celle où se trouvent lesdites fentes alignées - comme pour le microruban susmentionné -, soit sur une face du guide d’ondes électromagnétiques perpendiculaire à celle où se trouvent lesdites fentes alignées -comme montré sur la Fig. 2. On peut noter que, sur la Fig. 2, la première partie susmentionnée de la forme d’ondulation régulière et la seconde partie susmentionnée de la forme d’ondulation régulière sont plus longues pour permettre d’effectuer la transition sur une face du guide d’ondes électromagnétiques perpendiculaire à celle où se trouvent lesdites fentes alignées. Dans ce cas, ladite première partie de la forme d’ondulation régulière s’arrête au niveau du plan X, après le troisième sommet (en séquence) du côté de l’ondulation (par rapport au plan X) comportant lesdites fentes alignées. L’agencement présenté sur la Fig. 2 permet notamment d’effectuer aisément un couplage par transition intégrée à un boîtier de dispositif semi-conducteur de type eWLB (« embedded Wafer Level Bail Grid Array » en anglais). L’agencement présenté sur la Fig. 1 peut être aisément adapté pour permettre un couplage par transition intégrée à un boîtier de dispositif semi-conducteur de type eWLB. Le dispositif semi-conducteur est alors tout ou partie du système de transmission de données susmentionné.The link with the data transmission system can, according to another particular embodiment, be a coaxial cable, and the transition between the electromagnetic waveguide and the coaxial cable can be carried out by means of a suitable transition device. available on shelf. The coupling zone is then adapted to be able to mount the transition device, either on the face of the electromagnetic waveguide opposite to that where said aligned slots are located - as for the aforementioned microstrip - or on one side of the guide of the electromagnetic waveguide. electromagnetic waves perpendicular to that in which said aligned slots are located -as shown in FIG. 2. It can be noted that in FIG. 2, the above-mentioned first portion of the regular wave form and the aforementioned second portion of the regular wave form are longer to allow the transition on one side of the electromagnetic waveguide perpendicular to that where said aligned slots. In this case, said first portion of the regular waveform stops at the X plane, after the third vertex (in sequence) on the wave side (with respect to the X plane) having said aligned slits. The arrangement shown in FIG. 2 makes it possible in particular to perform an integrated transition coupling easily to an eWLB type semiconductor device package ("embedded Wafer Level Bail Grid Array"). The arrangement shown in FIG. 1 can be easily adapted to allow integrated transition coupling to an eWLB type semiconductor device package. The semiconductor device is then all or part of the aforementioned data transmission system.
Le lien avec le système de transmission de données peut, selon encore un autre mode de réalisation particulier, être une sonde coaxiale (aussi appelée « plongeur coaxial »), c’est-à-dire un câble coaxial dont l’âme pénètre à l’intérieur du guide d’ondes électromagnétiques afin de former une antenne excitatrice.The link with the data transmission system can, according to yet another particular embodiment, be a coaxial probe (also called "coaxial plunger"), that is to say a coaxial cable whose core penetrates the interior of the electromagnetic waveguide to form an exciter antenna.
Le guide d’ondes électromagnétiques peut être réalisé comme une pièce métallique. Cependant, dans un mode de réalisation préférentiel, le guide d’ondes électromagnétiques est réalisé en creusant la forme générale de serpentin dans un matériau diélectrique, par exemple de type FR-4 (« Flame Résistant 4 » en anglais) tel qu’utilisé dans la fabrication des circuits imprimés (PCB ou « Printed Circuit Board » en anglais), puis en procédant à une opération de métallisation de la forme creusée, et en plaçant des capots métalliques ou métallisés de part et d’autre, comme détaillé ci-après en relation avec la Fig. 4. Une vue partielle en coupe de l’assemblage résultant est détaillée ci-après en relation avec la Fig. 3. Un de ces capots métalliques ou métallisés comporte alors les fentes alignées mentionnées ci-dessus.The electromagnetic waveguide can be made as a metal part. However, in a preferred embodiment, the electromagnetic waveguide is made by digging the general coil shape in a dielectric material, for example of the FR-4 type ("Flame Resistant 4" in English) as used in FIG. the manufacture of printed circuits (PCB or "Printed Circuit Board" in English), then carrying out a metallization operation of the hollow form, and placing metal or metallized covers on both sides, as detailed below in connection with FIG. 4. A partial sectional view of the resulting assembly is detailed hereinafter with reference to FIG. 3. One of these metal or metallized covers then comprises the aligned slots mentioned above.
Dans un exemple de réalisation, la forme générale de serpentin est semblable à celle déjà présentée en relation avec la Fig. 1, est creusée de manière traversante dans une plaque de matériau diélectrique de type FR-4 de 2,54 mm d’épaisseur (c’est-à-dire que la valeur «a» est égale à 2,54mm). Les extrémités du guide d’ondes électromagnétiques sont court-circuitées, c’est-à-dire que lesdites extrémités sont reliées à la masse, et le guide d’ondes électromagnétiques est dimensionné pour une longueur d’onde Xg égale à 5,72 mm La valeur « b » de la largeur de la forme générale de serpentin est égale à 1,27 mm Le guide d’ondes électromagnétiques présente six fentes alignées, comme sur la Fig. 1, qui sont de largeur 0,2 mm et de longueur 1,6 mm. Les barycentres de fentes successives parmi lesdites fentes alignées sont régulièrement espacés d’une distance égale à 0,9*λο=3,42 mm, où λο=3,8 mm représente où λο est la longueur d’onde dans le vide. Les lignes externes de la forme d’ondulation régulière de la paroi où sont présentes lesdites fentes alignées sont des successions de courbes en formes de demi-cercles de diamètres respectivement égaux à 2,98 mm et à 0,44 mm. Comme détaillé par la suite, les capots sont réalisés grâce à des plaques de matériau diélectrique métallisé d’épaisseur égale à 0,13 mm, de constante diélectrique égale à 2,23 F.m'^ pour un matériau diélectrique de type stratifié RT/duroid (marque déposée) 5880 de Rogers Corporation pour la réalisation du capot comportant lesdites fentes alignées, et de constante diélectrique égale à 3 F.m'^ pour un matériau diélectrique de type TSM-DS3 de Taconic Advanced Dielectric Division pour la réalisation de l’autre capot. Les couches de métal résultant de la métallisation des matériaux diélectriques ont une épaisseur négligeable par rapport aux dimensions du guide d’ondes électromagnétiques.In an exemplary embodiment, the general shape of the coil is similar to that already presented in relation with FIG. 1, is through-cut in a plate of FR-4 type dielectric material 2.54 mm thick (i.e., the value "a" is equal to 2.54 mm). The ends of the electromagnetic waveguide are short-circuited, that is to say that said ends are connected to ground, and the electromagnetic waveguide is dimensioned for a wavelength λg equal to 5.72 mm The value "b" of the width of the general coil shape is equal to 1.27 mm The electromagnetic waveguide has six aligned slots, as in fig. 1, which are 0.2 mm wide and 1.6 mm long. The successive slit barycenters among said aligned slits are regularly spaced a distance equal to 0.9 * λο = 3.42 mm, where λο = 3.8 mm represents where λο is the wavelength in vacuum. The outer lines of the regular wave-form of the wall in which the said aligned slots are present are successions of semicircle-shaped curves with diameters equal to 2.98 mm and 0.44 mm, respectively. As detailed below, the covers are made using plates of metallized dielectric material with a thickness equal to 0.13 mm, a dielectric constant equal to 2.23 F.m.sup.-1 for a laminated dielectric material RT / 5850 of Rogers Corporation for the realization of the cover having said aligned slots, and a dielectric constant equal to 3 F.m.sup.-1 for a dielectric material of TSM-DS3 type of Taconic Advanced Dielectric Division for the realization of the other hood. The metal layers resulting from the metallization of the dielectric materials have a negligible thickness with respect to the dimensions of the electromagnetic waveguide.
Dans une variante de réalisation, la forme générale de serpentin est réalisée par perçage de trous, appelés « vias » (« via-holes » en anglais), rapprochés dans un matériau diélectrique de telle sorte que la distance entre « vias » est très inférieure à la longueur d’onde guidée afin de contenir d’éventuelles fuites (« leackage » en anglais) en dessous d’un certain seuil. Les trous percés délimitent la forme générale de serpentin régulier, les trous étant ensuite métallisés et l’ensemble étant ensuite recouvert de capots métalliques ou métallisés de part et d’autre. Un de ces capots métalliques ou métallisés comporte alors les fentes alignées mentionnées ci-dessus. Une telle technique de fabrication de guides d’onde à base de vias est connue de l’homme du métier sous l’acronyme SIW (« Substrate Integrated Waveguide » en anglais). Le guide d’ondes électromagnétiques est alors plein du matériau diélectrique, qui doit donc être adapté à la plage de fréquences de fonctionnement souhaitée du guide d’ondes électromagnétiques. Le taux de pertes lié au choix du matériau diélectrique, qui est représenté par un coefficient appelé « angle de perte » ou « tangente de perte », doit être défini en fonction des besoins de l’application à laquelle le guide d’ondes électromagnétiques est destiné, de sorte à ce que ledit guide d’ondes électromagnétiques avec les fentes associées puisse fournir le gain attendu dans la plage de fréquences de fonctionnement souhaitée du guide d’ondes électromagnétiques. Un matériau diélectrique de type FR-4, par exemple, n’est donc pas adapté à des applications hyperfréquences.In an alternative embodiment, the general shape of the coil is made by drilling holes, called "vias" ("via-holes" in English), brought together in a dielectric material such that the distance between "vias" is much smaller. at the wavelength guided to contain leaks ("leackage" in English) below a certain threshold. The drilled holes delimit the general shape of regular coil, the holes then being metallized and the assembly then being covered with metal or metallized covers on both sides. One of these metal or metallized covers then has the aligned slots mentioned above. Such a vias-based waveguide manufacturing technique is known to those skilled in the art by the acronym SIW ("Substrate Integrated Waveguide"). The electromagnetic waveguide is then full of the dielectric material, which must therefore be adapted to the desired operating frequency range of the electromagnetic waveguide. The loss rate related to the choice of the dielectric material, which is represented by a coefficient called "loss angle" or "loss tangent", must be defined according to the needs of the application to which the electromagnetic waveguide is intended so that said electromagnetic waveguide with the associated slots can provide the expected gain in the desired operating frequency range of the electromagnetic waveguide. A dielectric material type FR-4, for example, is not suitable for microwave applications.
La zone de couplage avec le lien avec le système de transmission est préférentiellement située au milieu du guide d’ondes électromagnétiques, c’est-à-dire que, de part et d’autre de cette zone de couplage, la forme du guide d’ondes électromagnétiques est symétrique, comme cela est apparent sur les Figs. 1 et 2. Cela permet d’obtenir un rayonnement transversal (« broadside radiation » en anglais) sans inclinaison de faisceau (« beam tilt » en anglais) lorsque la fréquence varie dans la bande de fonctionnement du système (par exemple 77-81 GHz pour les radars de régulation de vitesse automobiles). Il est toutefois possible que la zone de couplage se trouve à l’une des extrémités 11, 12 du guide d’ondes électromagnétiques.The coupling zone with the link with the transmission system is preferably located in the middle of the electromagnetic waveguide, that is to say that, on either side of this coupling zone, the shape of the waveguide Electromagnetic waves are symmetrical, as is apparent in Figs. 1 and 2. This makes it possible to obtain a transverse radiation ("broadside radiation" in English) without beam tilt when the frequency varies in the operating band of the system (for example 77-81 GHz for automotive speed control radars). It is possible, however, that the coupling zone is at one of the ends 11, 12 of the electromagnetic waveguide.
Comme déjà évoqué, la Fig. 3 illustre schématiquement une vue partielle en coupe d’un mode de réalisation d’un guide d’ondes électromagnétiques selon la présente invention. La forme générale de serpentin 32 est creusée dans une plaque de matériau diélectrique 31 d’épaisseur égale à la valeur « a » susmentionnée. La forme creusée 32 est recouverte d’une première couche métallique 34. Un premier capot réalisé dans un matériau diélectrique 35 et comportant une seconde couche métallique 36 referme la forme creusée 32 d’un côté. La seconde couche métallique 36 comporte lesdites fentes alignées 33, et est positionnée sur la plaque de matériau diélectrique 31 de sorte que les positions respectives desdites fentes alignées telles que précédemment définies soient respectées. Un second capot réalisé dans un matériau diélectrique 37 et comportant une troisième couche métallique 38 referme la forme creusée 32 de l’autre côté. Les premier et second capots sont disposés de sorte que les seconde 36 et troisième 38 couches métalliques sont en contact avec la première couche métallique 34. L’assemblage des premier et second capots avec la plaque de matériau diélectrique 31 est tel que la forme creusée 32 contient un gaz, préférentiellement de l’air. Un tel agencement de guide d’ondes électromagnétiques a l’avantage de pouvoir être produit à faible coût et d’avoir une masse réduite. Un tel agencement de guide d’ondes électromagnétiques peut être obtenu grâce au procédé de fabrication décrit ci-après en relation avec la Fig. 4.As already mentioned, FIG. 3 schematically illustrates a partial sectional view of an embodiment of an electromagnetic waveguide according to the present invention. The overall shape of coil 32 is hollowed out in a plate of dielectric material 31 of thickness equal to the value "a" above. The hollow form 32 is covered with a first metal layer 34. A first cover made of a dielectric material 35 and having a second metal layer 36 closes the hollow shape 32 on one side. The second metal layer 36 has said aligned slots 33, and is positioned on the plate of dielectric material 31 so that the respective positions of said aligned slots as previously defined are respected. A second cover made of a dielectric material 37 and having a third metal layer 38 closes the hollow form 32 on the other side. The first and second covers are arranged so that the second 36 and third 38 metal layers are in contact with the first metal layer 34. The assembly of the first and second covers with the plate of dielectric material 31 is such that the hollow form 32 contains a gas, preferably air. Such an electromagnetic waveguide arrangement has the advantage that it can be produced at low cost and have a reduced mass. Such an electromagnetic waveguide arrangement can be obtained by the manufacturing method described hereinafter with reference to FIG. 4.
Dans un mode de réalisation particulier, il est possible de diminuer la largeur du faisceau de rayonnement dans le plan E, en ajoutant des antennes planaires de part et d’autre de chacune desdites fentes alignées. Cet aspect est détaillé ci-dessous en relation avec la Fig. 9.In a particular embodiment, it is possible to reduce the width of the radiation beam in the plane E by adding planar antennas on either side of each of said aligned slots. This aspect is detailed below in relation to FIG. 9.
La Fig. 4 illustre schématiquement un mode de réalisation d’un procédé de fabrication d’un guide d’ondes électromagnétiques selon la présente invention.Fig. 4 schematically illustrates an embodiment of a method for manufacturing an electromagnetic waveguide according to the present invention.
Le procédé de fabrication comporte une étape 41 d’obtention d’une plaque de matériau diélectrique, par exemple de type FR-4, d’épaisseur égale à la valeur « a » susmentionnée.The manufacturing method comprises a step 41 of obtaining a plate of dielectric material, for example of type FR-4, of thickness equal to the value "a" above.
Le procédé de fabrication comporte ensuite une étape 42 de perçage, e.g. fraisage, de la plaque obtenue pour creuser la forme générale de serpentin.The manufacturing method then comprises a drilling step 42, e.g. milling, of the plate obtained to dig the general shape of the coil.
Le procédé de fabrication comporte ensuite une étape 43 de métallisation par un processus chimique de la forme générale de serpentin creusée, de la même manière que le sont les circuits imprimés pour créer des pistes conductrices.The manufacturing method then comprises a step 43 of metallization by a chemical process of the general form of hollow coil, in the same way as the printed circuits are to create conductive tracks.
Le procédé de fabrication comporte ensuite une étape 44 de mise en place de premier et second capots, sous forme de plaques, de part et d’autre de la forme générale de serpentin creusée et métallisée. Les premier et second capots sont faits d’un matériau diélectrique recouvert d’une couche métallique obtenue de la même manière que le sont les pistes conductrices sur les circuits imprimés. La couche métallique sur l’un des capots laisse apparaître lesdites fentes alignées, et ledit capot est placé sur la forme générale de serpentin creusée et métallisée de sorte que les positions respectives desdites fentes alignées telles que précédemment définies soient respectées. Le matériau diélectrique utilisé pour réaliser le capot comportant lesdites fentes alignées est par exemple de type stratifié RT/duroid (marque déposée) 5880 de Rogers Corporation. L’autre capot peut comporter la fente de couplage susmentionnée. Le matériau diélectrique utilisé pour réaliser cet autre capot est par exemple de type TSM-DS3 de Taconic Advanced Dielectric Division. Lors de l’étape 44, les capots sont disposés de sorte que leurs couches métalliques respectives sont en contact avec la couche métallique de la forme générale de serpentin creusée. L’assemblage des capots avec la plaque de matériau diélectrique obtenue à l’étape 41 est tel que le guide d’ondes électromagnétiques ainsi formé contient un gaz, préférentiellement de l’air.The manufacturing process then comprises a step 44 of placing first and second covers, in the form of plates, on either side of the general shape of hollowed and metallized coil. The first and second covers are made of a dielectric material covered with a metal layer obtained in the same manner as are the conductive tracks on the printed circuit boards. The metal layer on one of the covers reveals said aligned slots, and said cover is placed on the general shape of the hollowed and metallized coil so that the respective positions of said aligned slots as previously defined are respected. The dielectric material used for producing the cover comprising said aligned slots is, for example, RT / duroid (trademark) 5880 laminated from Rogers Corporation. The other cover may include the aforementioned coupling slot. The dielectric material used to make this other cover is for example TSM-DS3 type of Taconic Advanced Dielectric Division. In step 44, the covers are arranged so that their respective metal layers are in contact with the metal layer of the general form of hollowed-out coil. The assembly of the covers with the plate of dielectric material obtained in step 41 is such that the electromagnetic waveguide thus formed contains a gas, preferably air.
Dans un mode de réalisation particulier, pour éviter une déformation du guide d’ondes électromagnétiques à cause de la température et de la pression engendrée lors de la mise en œuvre du procédé de fabrication décrit ci-dessus en relation avec la Fig. 4, des trous sont pratiqués dans le premier capot et/ou dans le second capot, de sorte à éviter que de l’air soit totalement confiné à l’intérieur du guide d’ondes électromagnétiques. La taille de ces trous doit alors être telle que leur présence a une influence négligeable sur le faisceau de rayonnement du guide d’ondes électromagnétiques.In a particular embodiment, to avoid deformation of the electromagnetic waveguide because of the temperature and the pressure generated during the implementation of the manufacturing method described above in relation to FIG. 4, holes are made in the first cover and / or in the second cover, so as to prevent air being completely confined inside the electromagnetic waveguide. The size of these holes must then be such that their presence has a negligible influence on the radiation beam of the electromagnetic waveguide.
De plus, comme déjà évoqué, la forme générale de serpentin peut être obtenue par perçage de trous rapprochés, qui sont ensuite métallisés. La mise en place des premier et second capots est alors telle leurs couches métalliques respectives sont en contact avec lesdits trous métallisés.In addition, as already mentioned, the general shape of coil can be obtained by drilling close holes, which are then metallized. The introduction of the first and second covers is then such that their respective metal layers are in contact with said metallized holes.
Le procédé de fabrication décrit ci-dessus en relation avec la Fig. 4 peut être mis en œuvre pour réaliser une pluralité de guides d’ondes électromagnétiques sur une même plaque de matériau diélectrique afin de former un réseau d’antennes (« antenna array » en anglais). De la même manière que précédemment, deux capots sous forme de plaques de matériau diélectrique sont utilisés pour finaliser l’ensemble des guides d’ondes électromagnétiques.The manufacturing method described above in relation to FIG. 4 can be implemented to achieve a plurality of electromagnetic waveguides on the same plate of dielectric material to form an antenna array ("antenna array" in English). In the same way as before, two covers in the form of dielectric material plates are used to finalize all the electromagnetic waveguides.
Un exemple schématique de réalisation est présenté en relation avec la Fig. 5. Seule la plaque 50 de matériau diélectrique dans laquelle des formes générales de serpentin 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 est représentée (lesdits capots étant omis). Le réseau d’antennes est ainsi constitué de huit guides d’ondes électromagnétiques identiques alignés à intervalle régulier (par exemple égal à 1,3*λο) selon un axe perpendiculaire au plan X de chaque dit guide d’ondes électromagnétiques, de telles sorte que les alignements des fentes respectives desdits guides d’ondes électromagnétiques sont parallèles. Le positionnement des guides d’ondes électromagnétiques est tel que l’on passe de la position de l’un des guides d’ondes électromagnétiques à la position d’un autre des guides d’ondes électromagnétiques par translation. On observe donc deux alignements de fentes, l’un au sein de chaque guide d’ondes électromagnétiques, et l’autre d’un guide d’ondes électromagnétiques à l’autre. Chaque guide d’ondes électromagnétiques du réseau d’antennes disposant d’une importante largeur du faisceau de rayonnement dans ce que l’homme du métier appelle le plan E, la variation de gain du réseau d’antennes pour différentes valeurs d’inclinaison de faisceau (« beam tilt » en anglais), e.g. de 0 à 60 degrés, est limitée. Cette variation de gain est limitée à 2 dB pour les valeurs illustratives précédemment mentionnées. Un tel agencement est ainsi particulièrement intéressant pour réaliser un réseau d’antennes à balayage de faisceau de rayonnement. Dans ce cas, le réseau d’antennes est tel que la phase du signal d’excitation entre ces guides d’ondes électromagnétiques identiques alignés est variable, ce qui a pour impact de faire s’incliner le faisceau de rayonnement.A schematic example of embodiment is presented in relation to FIG. 5. Only the plate 50 of dielectric material in which general shapes of coil 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 is shown (said covers being omitted). The antenna array thus consists of eight identical electromagnetic waveguides aligned at regular intervals (for example equal to 1.3 * λο) along an axis perpendicular to the X plane of each said electromagnetic waveguide, such that the alignments of the respective slots of said electromagnetic waveguides are parallel. The positioning of the electromagnetic waveguides is such that one moves from the position of one of the electromagnetic waveguides to the position of another of the electromagnetic waveguides by translation. Two slotted alignments are thus observed, one within each electromagnetic waveguide, and the other from one electromagnetic waveguide to the other. Each electromagnetic waveguide of the antenna array having a large width of the beam of radiation in what the skilled person calls the plane E, the gain variation of the antenna array for different values of tilt of beam ("beam tilt" in English), eg from 0 to 60 degrees, is limited. This gain variation is limited to 2 dB for the illustrative values mentioned above. Such an arrangement is thus particularly advantageous for producing an array of radiation beam scanning antennas. In this case, the antenna array is such that the phase of the excitation signal between these identical aligned electromagnetic waveguides is variable, which has the effect of making the beam of radiation tilt.
Un autre exemple schématique de réalisation est présenté en relation avec la Fig. 6. Seule la plaque 60 de matériau diélectrique dans laquelle des formes générales de serpentin 61, 62, 63 est représentée (lesdits capots étant omis). Le réseau d’antennes est ainsi constitué de trois guides d’ondes électromagnétiques identiques alignés à intervalle régulier (par exemple égal à 0,7*λο) selon un axe perpendiculaire au plan X de chaque dit guide d’ondes électromagnétiques. Le positionnement des guides d’ondes électromagnétiques est tel que l’on passe de la position de l’un des guides d’ondes électromagnétiques à la position d’un autre des guides d’ondes électromagnétiques par translation. On observe donc deux alignements de fentes, l’un au sein de chaque guide d’ondes électromagnétiques, et l’autre d’un guide d’ondes électromagnétiques à l’autre. Un tel agencement est ainsi particuliérement intéressant pour réaliser un réseau d’antennes d’émission de signaux, en couplant lesdits guides d’ondes électromagnétiques à un diviseur de puissance.Another schematic embodiment is presented in relation to FIG. 6. Only the plate 60 of dielectric material in which general shapes of coil 61, 62, 63 is shown (said covers being omitted). The antenna array thus consists of three identical electromagnetic waveguides aligned at regular intervals (for example equal to 0.7 * λο) along an axis perpendicular to the X plane of each said electromagnetic waveguide. The positioning of the electromagnetic waveguides is such that one moves from the position of one of the electromagnetic waveguides to the position of another of the electromagnetic waveguides by translation. Two slotted alignments are thus observed, one within each electromagnetic waveguide, and the other from one electromagnetic waveguide to the other. Such an arrangement is thus particularly interesting for producing a signal transmission antenna array, by coupling said electromagnetic waveguides to a power divider.
De plus, sur la base de l’agencement de la Fig. 6, il est possible de constituer un réseau d’antennes dans lequel un seul guide d’ondes électromagnétiques est directement alimenté, alors que deux autres guides d’ondes électromagnétiques de part et d’autre sont excités par couplage électromagnétique. Cet aspect est détaillé ci-après en relation avec la Fig. 8.In addition, based on the arrangement of FIG. 6, it is possible to form an antenna array in which a single electromagnetic waveguide is directly powered, while two other electromagnetic waveguides on either side are excited by electromagnetic coupling. This aspect is detailed below in relation to FIG. 8.
Encore un autre exemple schématique de réalisation est présenté en relation avec la Fig. 7. Seule la plaque 70 de matériau diélectrique dans laquelle des formes générales de serpentin régulier 71, 72 est représentée (lesdits capots étant omis). Le réseau d’antennes est ainsi, de manière illustrative, constitué de deux guides d’ondes électromagnétiques identiques. De manière à rapprocher les alignements de fentes des deux guides d’ondes électromagnétiques (par exemple à une distance de 0,35*λο), le positionnement des guides d’ondes électromagnétiques est tel que l’on passe de la position de l’un des guides d’ondes électromagnétiques à la position de l’autre des guides d’ondes électromagnétiques par rotation de 180° et translation. De plus, contrairement aux exemples des Figs. 5 et 6, les guides d’ondes électromagnétiques ne sont pas alignés selon un axe perpendiculaire au plan X de chaque dit guide d’ondes électromagnétiques. Cela permet de contrôler l’ouverture du diagramme de rayonnement, en permettant de rapprocher plus les fentes que dans les cas des Figs. 5 et 6. Un tel agencement est ainsi particulièrement intéressant pour réaliser un réseau d’antennes d’émission de signaux, en couplant lesdits guides d’ondes électromagnétiques à un coupleur hybride à 3 dB avec une différence de phase de 90 degrés afin d’obtenir des faisceaux dépointés dans ledit plan E.Yet another schematic embodiment is presented in connection with FIG. 7. Only the plate 70 of dielectric material in which general shapes of regular coil 71, 72 is shown (said covers being omitted). The antenna array is thus, illustratively, consisting of two identical electromagnetic waveguides. In order to bring the slot alignments of the two electromagnetic waveguides closer together (for example at a distance of 0.35 * λο), the positioning of the electromagnetic waveguides is such that one moves from the position of the one of the electromagnetic waveguides at the position of the other electromagnetic waveguides by 180 ° rotation and translation. In addition, contrary to the examples of FIGS. 5 and 6, the electromagnetic waveguides are not aligned along an axis perpendicular to the X plane of each said electromagnetic waveguide. This makes it possible to control the opening of the radiation pattern, making it possible to bring the slots closer together than in the cases of FIGS. 5 and 6. Such an arrangement is thus particularly advantageous for producing a signal-transmitting antenna array, by coupling said electromagnetic waveguides to a hybrid 3-dB coupler with a phase difference of 90 degrees in order to obtain beams depointed in said plane E.
Encore un autre exemple schématique de réalisation est présenté en relation avec la Fig. 8. La Fig. 8 illustre schématiquement une vue partielle en coupe d’un mode de réalisation d’une pluralité de guides d’ondes électromagnétiques sur une même plaque de matériau diélectrique afin de former un réseau d’antennes. Trois guides d’ondes électromagnétiques sont réalisés dans la même plaque de matériau diélectrique, comme déjà représenté sur la Fig. 6. Ces guides d’ondes électromagnétiques ne sont cependant pas strictement identiques. Une première différence entre ces guides d’ondes électromagnétiques réside en ce que, bien que ces guides d’ondes électromagnétiques aient la même géométrie dans le plan (x,y) du repère orthonormé (x,y,z) représenté sur la Fig. 1, lesdits guides d’ondes électromagnétiques ne présentent pas la même épaisseur (ou hauteur). En d’autres termes, en reprenant les notations de la Fig. 1, lesdits guides d’ondes électromagnétiques présentent les mêmes valeurs « b », « c », et « d », mais les deux guides d’ondes électromagnétiques extérieurs présentent des valeurs « a » identiques entre elles mais différentes de la valeur « a » du guide d’ondes électromagnétiques central. Notons par la suite « p » la hauteur des deux guides d’ondes électromagnétiques extérieurs, la notation « a » étant alors réservée à l’épaisseur (ou hauteur) du guide d’ondes électromagnétiques central. On a alors p < a, la valeur « p » étant ajustée par rapport à la valeur « a » pour dimensionner le rayonnement dans le plan E, afin de contrôler la phase de couplage entre le guide d’ondes électromagnétiques central (excité directement) et les guides d’ondes électromagnétiques extérieurs (excités par couplage).Yet another schematic embodiment is presented in connection with FIG. 8. FIG. 8 schematically illustrates a partial sectional view of an embodiment of a plurality of electromagnetic waveguides on the same plate of dielectric material to form an antenna array. Three electromagnetic waveguides are made in the same plate of dielectric material, as already shown in FIG. 6. These electromagnetic waveguides, however, are not strictly identical. A first difference between these electromagnetic waveguides is that although these electromagnetic waveguides have the same geometry in the (x, y) plane of the orthonormal frame (x, y, z) shown in FIG. 1, said electromagnetic waveguides do not have the same thickness (or height). In other words, by repeating the notations of FIG. 1, said electromagnetic waveguides have the same values "b", "c", and "d", but the two external electromagnetic waveguides have values "a" identical to each other but different from the value "a". Of the central electromagnetic waveguide. Note later "p" the height of the two external electromagnetic waveguides, the notation "a" then being reserved for the thickness (or height) of the central electromagnetic waveguide. We then have p <a, the value "p" being adjusted with respect to the value "a" to size the radiation in the plane E, in order to control the coupling phase between the central electromagnetic waveguide (excited directly) and external electromagnetic waveguides (coupling excited).
Cette différence dimensionnelle est montrée sur la vue en coupe de la Fig. 8. Les formes générales de serpentin 82b, 82c des guides d’ondes électromagnétiques extérieurs sont creusées dans une première plaque de matériau diélectrique Sla d’épaisseur égale à la valeur « p » susmentionnée. La première plaque de matériau diélectrique Sla est couverte d’une seconde plaque de matériau diélectrique 81b d’épaisseur égale à la différence entre la valeur « a » susmentionnée et la valeur « p » susmentionnée. La forme générale de serpentin régulier 82a du guide d’ondes électromagnétiques central est creusée dans l’assemblage formé par la première plaque de matériau diélectrique Sla recouverte par la seconde plaque de matériau diélectrique 81b, ledit assemblage ayant alors une épaisseur égale à la valeur « a» susmentionnée. Les formes creusées 82a, 82b, 82c sont recouvertes d’une première couche métallique 84. Un premier capot réalisé dans un matériau diélectrique 85 et comportant une seconde couche métallique 86 referme la forme creusée 82a d’un côté, et finit de refermer les formes creusées 82b, 82c. La seconde couche métallique 86 comporte lesdites fentes alignées 83 pour les trois guides d’ondes électromagnétiques, et est positionnée sur la première plaque de matériau diélectrique 81a de sorte que les positions respectives desdites fentes alignées telles que précédemment définies soient respectées. Un second capot réalisé dans un matériau diélectrique 87 et comportant une troisième couche métallique 88 referme la forme creusée 82a de l’autre côté. Les premier et second capots sont disposés de sorte que les seconde 86 et troisième 88 couches métalliques sont en contact avec la première couche métallique 84 pour former le guide d’ondes électromagnétiques central. L’assemblage des premier et second capots avec les première 81a et seconde 81b plaques de matériau diélectrique est tel que les formes creusées 82a, 82b, 82c contiennent un gaz, préférentiellement de l’air.This dimensional difference is shown in the sectional view of FIG. 8. The general shapes of coil 82b, 82c external electromagnetic waveguides are hollowed in a first plate of dielectric material Sla of thickness equal to the value "p" above. The first plate of dielectric material Sla is covered with a second plate of dielectric material 81b of thickness equal to the difference between the value "a" above and the value "p" above. The general shape of regular coil 82a of the central electromagnetic waveguide is hollowed out in the assembly formed by the first plate of dielectric material Sla covered by the second plate of dielectric material 81b, said assembly then having a thickness equal to the value " mentioned above. The hollow shapes 82a, 82b, 82c are covered with a first metal layer 84. A first cover made of a dielectric material 85 and comprising a second metal layer 86 closes the hollowed-out shape 82a on one side, and finishes closing the shapes dug 82b, 82c. The second metal layer 86 comprises said aligned slots 83 for the three electromagnetic waveguides, and is positioned on the first plate of dielectric material 81a so that the respective positions of said aligned slots as previously defined are respected. A second cover made of a dielectric material 87 and having a third metal layer 88 closes the carved shape 82a on the other side. The first and second covers are arranged such that the second 86 and third 88 metal layers are in contact with the first metal layer 84 to form the central electromagnetic waveguide. The assembly of the first and second covers with the first 81a and second 81b plates of dielectric material is such that the hollow shapes 82a, 82b, 82c contain a gas, preferably air.
Une seconde différence entre ces guides d’ondes électromagnétiques réside en ce que seul le guide d’ondes électromagnétiques central est directement alimenté, alors que les deux guides d’ondes électromagnétiques extérieurs sont excités par couplage électromagnétique. En d’autres termes, seul le guide d’ondes électromagnétiques central dispose de la zone de couplage susmentionnée. Le rayonnement des fentes alignées du guide d’ondes électromagnétiques central entraîne alors qu’un couplage sans contact s’établit avec les fentes des guides d’ondes électromagnétiques extérieurs de sorte que les fentes des guides d’ondes électromagnétiques extérieurs se mettent aussi à rayonner. Les guides d’ondes électromagnétiques extérieurs sont tous deux séparés du guide d’onde électromagnétique central d’une distance adaptée pour permettre un tel couplage électromagnétique. La forme du faisceau de rayonnement dans le plan E dépend de la distance entre les fentes entre guides et de l’épaisseur (ou hauteur) des guides d’ondes électromagnétiques extérieurs, i.e. de la valeur « p ».A second difference between these electromagnetic waveguides is that only the central electromagnetic waveguide is directly powered, while the two outer electromagnetic waveguides are excited by electromagnetic coupling. In other words, only the central electromagnetic waveguide has the aforementioned coupling zone. The radiation of the aligned slots of the central electromagnetic waveguide results in non-contact coupling with the slots of the outer electromagnetic waveguides so that the slots in the outer electromagnetic waveguides also radiate. . The external electromagnetic waveguides are both separated from the central electromagnetic waveguide by a distance adapted to allow such electromagnetic coupling. The shape of the radiation beam in the plane E depends on the distance between the slots between the guides and the thickness (or height) of the external electromagnetic waveguides, i.e. the value "p".
La Fig. 9 illustre schématiquement un mode de réalisation particulier d’un guide d’ondes électromagnétiques selon la présente invention. Le guide d’ondes électromagnétiques est réalisé comme déjà décrit en relation avec la Fig. 3. Le premier capot réalisé dans un matériau diélectrique 35 dispose sur une de ses faces de la couche métallique 36 qui permet de refermer la forme creusée 32 du côté où sont disposées lesdites fentes alignées. Il est alors possible d’utiliser la face opposée du premier capot 35 pour imprimer de part et d’autre de chaque fente des antennes planaires (« patch antennas » en anglais), comme représenté sur la Fig. 9. Les antennes planaires se retrouvent ainsi dans le plan (x,y) du repère orthonormé (x,y,z) représenté sur la Fig. 1. Un tel agencement permet de réduire la largeur du faisceau de rayonnement du guide d’ondes électromagnétiques dans le plan E grâce à l’adjonction d’éléments rayonnants. L’agencement présenté à la Fig. 9 peut être aussi implémenté lorsque la forme générale de serpentin est réalisée par perçage de vias rapprochés dans un matériau diélectrique grâce â la technologie de fabrication SIW. L’agencement présenté à la Fig. 9 peut être aussi implémenté pour chaque guide d’ondes électromagnétiques d’un réseau d’antennes créé â partir d’une pluralité de guides d’ondes électromagnétiques en forme de serpentins dans une même plaque de matériau diélectrique, comme présenté ci-dessus en relation avec les Figs. 5 â 8.Fig. 9 schematically illustrates a particular embodiment of an electromagnetic waveguide according to the present invention. The electromagnetic waveguide is made as already described in connection with FIG. 3. The first cover made of a dielectric material 35 has on one of its faces the metal layer 36 which allows to close the recessed form 32 on the side where are arranged said aligned slots. It is then possible to use the opposite face of the first cover 35 to print on either side of each slot of the planar antennas ("patch antennas" in English), as shown in FIG. 9. The planar antennas are thus found in the plane (x, y) of the orthonormal frame (x, y, z) represented in FIG. 1. Such an arrangement makes it possible to reduce the width of the radiation beam of the electromagnetic waveguide in the plane E by the addition of radiating elements. The arrangement shown in FIG. 9 can also be implemented when the general coil shape is achieved by drilling close vias in a dielectric material through the SIW manufacturing technology. The arrangement shown in FIG. 9 may also be implemented for each electromagnetic waveguide of an antenna array created from a plurality of coil-shaped electromagnetic waveguides in a same plate of dielectric material, as shown above in FIG. relationship with Figs. 5-8.
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