FR3105610A1 - Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires - Google Patents
Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires Download PDFInfo
- Publication number
- FR3105610A1 FR3105610A1 FR1914720A FR1914720A FR3105610A1 FR 3105610 A1 FR3105610 A1 FR 3105610A1 FR 1914720 A FR1914720 A FR 1914720A FR 1914720 A FR1914720 A FR 1914720A FR 3105610 A1 FR3105610 A1 FR 3105610A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- active components
- wafer
- planar
- antenna
- planar antennas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000010354 integration Effects 0.000 title description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 13
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 76
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 8
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 25
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100460147 Sarcophaga bullata NEMS gene Proteins 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000012612 commercial material Substances 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
- H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0087—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/2283—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles mounted in or on the surface of a semiconductor substrate as a chip-type antenna or integrated with other components into an IC package
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
- H01Q21/0025—Modular arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0087—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays
- H01Q21/0093—Monolithic arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/065—Patch antenna array
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
- H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Structure (1) comportant : - une première plaquette (W1), comprenant des premiers composants actifs (C1) configurés pour introduire un déphasage ; - une première couche métallique, formée sur une première surface (W10) de la première plaquette (W1) ; - une première structure d’interconnexions (3), formée sur une seconde surface (W11) de la première plaquette (W1), comprenant des premières lignes de polarisation (30) ; - un ensemble de premières antennes planaires (A1), formé sur la première structure d’interconnexions (3) ; - une deuxième plaquette (W2) ; - une deuxième couche métallique, formée sur une première surface (W20) de la deuxième plaquette (W2) ; - un ensemble de deuxièmes antennes planaires (A2), formé sur une seconde surface (W21) de la deuxième plaquette (W2) ; les première et deuxième plaquettes (W1, W2) étant assemblées par l’intermédiaire des première et deuxième couches métalliques de sorte que les premières et deuxièmes antennes planaires (A1, A2) sont alignées, les première et deuxième couches métalliques formant un plan de masse (PM). Figure 5
Description
L’invention se rapporte au domaine technique des antennes à réseau transmetteur («Transmitarray antenna» en langue anglaise). Une antenne à réseau transmetteur comporte:
- un réseau transmetteur (appelé également lentille électromagnétique ou lentille discrète), comprenant un ensemble de cellules élémentaires pouvant être disposé sous forme matricielle (la matrice peut être régulière ou éparse; la matrice régulière peut, par exemple, comporter un maillage carré ou triangulaire;
- au moins une source rayonnante (dite source primaire), agencée pour illuminer le réseau transmetteur.
- un réseau transmetteur (appelé également lentille électromagnétique ou lentille discrète), comprenant un ensemble de cellules élémentaires pouvant être disposé sous forme matricielle (la matrice peut être régulière ou éparse; la matrice régulière peut, par exemple, comporter un maillage carré ou triangulaire;
- au moins une source rayonnante (dite source primaire), agencée pour illuminer le réseau transmetteur.
Chaque cellule élémentaire du réseau transmetteur est susceptible d’introduire un déphasage à l’onde incidente émise par la ou les sources primaires, afin de compenser chaque différence de trajet du rayonnement émis entre la ou les sources primaires et le réseau transmetteur. Les cellules élémentaires permettent de générer la loi de phase dans l’ouverture de rayonnement afin de former le rayonnement désiré pour l’antenne.
Plus précisément, chaque cellule élémentaire du réseau transmetteur peut comporter au moins:
- une première antenne planaire (dite de réception), agencée pour recevoir l’onde incidente émise par la ou les sources primaires;
- une deuxième antenne planaire (dite de transmission), agencée pour transmettre avec un déphasage l’onde incidente reçue par la première antenne planaire.
- une première antenne planaire (dite de réception), agencée pour recevoir l’onde incidente émise par la ou les sources primaires;
- une deuxième antenne planaire (dite de transmission), agencée pour transmettre avec un déphasage l’onde incidente reçue par la première antenne planaire.
Par «antenne planaire», on entend une surface plane électriquement conductrice (classiquement métallique) pouvant émettre/recevoir un rayonnement électromagnétique. Un exemple d’antenne planaire est la pastille micro-ruban («patch» en langue anglaise).
D’autres architectures de cellules élémentaires peuvent également être utilisées, telles que des structures multicouches basées sur le concept des surfaces sélectives en fréquence, ou sur le concept des cavités Fabry-Pérot. Les éléments rayonnants de type dipôles, fentes etc. peuvent être aussi utilisés au niveau de la cellule élémentaire.
Il est à noter qu’une cellule élémentaire d’un réseau transmetteur peut fonctionner en réception ou en transmission, c'est-à-dire que la première antenne planaire de la cellule élémentaire peut également être une antenne de transmission, tandis que la deuxième antenne planaire de la cellule élémentaire peut également être une antenne de réception.
L’invention trouve notamment son application dans l’obtention d’une antenne reconfigurable. Par «reconfigurable», on entend qu’au moins une caractéristique de l’antenne peut être modifiée au cours de sa durée de vie, après sa fabrication. La ou les caractéristiques généralement modifiables sont la réponse fréquentielle (en amplitude et en phase), le diagramme de rayonnement (appelé également faisceau), et la polarisation. La reconfiguration de la réponse fréquentielle couvre différentes fonctionnalités telles que la commutation de fréquences, l’accord en fréquence, la variation de bande passante, le déphasage, le filtrage fréquentiel etc. La reconfiguration du diagramme de rayonnement couvre différentes fonctionnalités telles que le balayage angulaire de la direction de pointage du faisceau (appelé également dépointage), l’ouverture du faisceau typiquement défini à mi-puissance (c'est-à-dire la concentration du rayonnement suivant une direction particulière), le filtrage spatial (lié à l’ouverture et à la formation du faisceau), la formation d’un faisceau ou de multifaisceaux (e.g. plusieurs faisceaux étroits remplaçant un faisceau large) etc. Une antenne reconfigurable à réseau transmetteur est particulièrement avantageuse à partir de la bande C (4-8 GHz) jusqu’à la bande W (75-110 GHz), voire la bande D (110-170 GHz) ou jusqu’à la bande 300 GHz, pour les applications suivantes:
- radars automobiles d’assistance et d’aide à la conduite, dans une perspective de sécurité active,
- systèmes d’imagerie et de surveillance à très haute résolution,
- systèmes de communication à très haut débit, fonctionnant notamment dans les bandes millimétriques (communications inter-bâtiments ou intra-bâtiment en environnement domotique ou immotique, et particulièrement adaptées au suivi d’utilisateurs),
- liaisons de télémesure sol-satellite en orbite basse LEO (pour «Low Earth Orbit» en langue anglaise) en bande Ka, télécommunications par satellite avec source primaire reconfigurable (SOTM™ pour «Satcom -on-the-Move» en langue anglaise, internet, télévision etc.),
- systèmes de liaison point-à-point et point-à-multipoint (réseaux métropolitains, systèmes «Fronthaul» et «Backhaul» pour les réseaux cellulaires, accès radio pour les réseaux mobiles de cinquième génération etc.).
- radars automobiles d’assistance et d’aide à la conduite, dans une perspective de sécurité active,
- systèmes d’imagerie et de surveillance à très haute résolution,
- systèmes de communication à très haut débit, fonctionnant notamment dans les bandes millimétriques (communications inter-bâtiments ou intra-bâtiment en environnement domotique ou immotique, et particulièrement adaptées au suivi d’utilisateurs),
- liaisons de télémesure sol-satellite en orbite basse LEO (pour «Low Earth Orbit» en langue anglaise) en bande Ka, télécommunications par satellite avec source primaire reconfigurable (SOTM™ pour «Satcom -on-the-Move» en langue anglaise, internet, télévision etc.),
- systèmes de liaison point-à-point et point-à-multipoint (réseaux métropolitains, systèmes «Fronthaul» et «Backhaul» pour les réseaux cellulaires, accès radio pour les réseaux mobiles de cinquième génération etc.).
État de l’art
Les bandes de fréquence millimétriques sont très intéressantes pour les systèmes de communication radio, grâce à de larges bandes spectrales disponibles autorisant des débits de transmission élevés. Par exemple, la bande autour de 60 GHz (57-66 GHz) est une bande libre, pouvant être exploitée sans licence dans le monde entier, et qui suscite donc un fort intérêt. Les communications sans fil autour de 60GHz sont néanmoins limitées:
- d’une part, par la résonance des molécules de dioxygène présentes dans l’air, qui absorbent une grande partie de l’énergie émise par le système de communication radio,
- d’autre part, par les pertes liées à la propagation des ondes électromagnétiques dans l’espace libre (notées FSPL pour «Free- Space Path Loss» en langue anglaise) qui suivent une loi quadratique par rapport à la fréquence opérationnelle: [Math.1]
où «d» est la distance entre deux antennes, «f» est la fréquence opérationnelle, et «c» est la célérité des ondes électromagnétiques (i.e. la vitesse de propagation dans le vide).
- d’une part, par la résonance des molécules de dioxygène présentes dans l’air, qui absorbent une grande partie de l’énergie émise par le système de communication radio,
- d’autre part, par les pertes liées à la propagation des ondes électromagnétiques dans l’espace libre (notées FSPL pour «Free- Space Path Loss» en langue anglaise) qui suivent une loi quadratique par rapport à la fréquence opérationnelle: [Math.1]
Il en résulte que le système de communication radio nécessite un fort gain. Cette problématique est commune aux fréquences millimétriques et sub-THz à partir de 30 GHz.
Il est connu de l’état de la technique, notamment de la thèse de doctorat de J. A. Zevallos Luna, «Intégration d’antennes pour objets communicants aux fréquences millimétriques», octobre 2014 (ci-après D1), d’associer un module émetteur-récepteur («Transceiver» en langue anglaise) à un réseau transmetteur passif (cf. figure 6.1 de D1, et §5.4). Le réseau transmetteur est imprimé sur un substrat diélectrique (cf. figure 6.2 a) de D1). Le circuit intégré de l’émetteur-récepteur est formé sur une carte de circuit imprimé. Le réseau transmetteur est formé sur la carte de circuit imprimé, en regard de l’émetteur-récepteur, par l’intermédiaire de piliers diélectriques soutenant le substrat diélectrique.
Une telle solution de l’état de la technique n’est pas entièrement satisfaisante dans la mesure où les piliers diélectriques nuisent à la compacité du système de communication radio. En outre, l’antenne obtenue n’est pas reconfigurable en raison du réseau transmetteur passif.
L’invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités. A cet effet, l’invention a pour objet une structure pour fabriquer des circuits intégrés destinés à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne reconfigurable à réseau transmetteur, la structure comportant:
- une première plaquette, comprenant un ensemble de premiers composants actifs configurés pour introduire un déphasage, et présentant des première et seconde surfaces opposées;
- une première couche métallique, formée sur la première surface de la première plaquette;
- une première structure d’interconnexions, formée sur la seconde surface de la première plaquette, et électriquement connectée aux premiers composants actifs; la première structure d’interconnexions comprenant des premières lignes de polarisation agencées pour polariser les premiers composants actifs;
- un ensemble de premières antennes planaires, formé sur la première structure d’interconnexions;
- une deuxième plaquette, présentant des première et seconde surfaces opposées;
- une deuxième couche métallique, formée sur la première surface de la deuxième plaquette;
- un ensemble de deuxièmes antennes planaires, formé sur la seconde surface de la deuxième plaquette;
les première et deuxième plaquettes étant assemblées par l’intermédiaire des première et deuxième couches métalliques de sorte que les ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires sont alignés, les première et deuxième couches métalliques formant un plan de masse.
- une première plaquette, comprenant un ensemble de premiers composants actifs configurés pour introduire un déphasage, et présentant des première et seconde surfaces opposées;
- une première couche métallique, formée sur la première surface de la première plaquette;
- une première structure d’interconnexions, formée sur la seconde surface de la première plaquette, et électriquement connectée aux premiers composants actifs; la première structure d’interconnexions comprenant des premières lignes de polarisation agencées pour polariser les premiers composants actifs;
- un ensemble de premières antennes planaires, formé sur la première structure d’interconnexions;
- une deuxième plaquette, présentant des première et seconde surfaces opposées;
- une deuxième couche métallique, formée sur la première surface de la deuxième plaquette;
- un ensemble de deuxièmes antennes planaires, formé sur la seconde surface de la deuxième plaquette;
les première et deuxième plaquettes étant assemblées par l’intermédiaire des première et deuxième couches métalliques de sorte que les ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires sont alignés, les première et deuxième couches métalliques formant un plan de masse.
Définitions
- Par «lentille électromagnétique», on entend un réseau transmetteur, appelé également lentille discrète.
- Par «plaquette» («wafer» en langue anglaise), on entend un support physique autoporté, réalisé dans un matériau de base permettant l’intégration monolithique d’un dispositif électronique, ou d’un composant électronique/électro-optique, ou encore un système électromécanique (MEMS ou NEMS). A titre d’exemple non limitatif, une plaquette peut être une tranche découpée dans un lingot monocristallin de matériau semi-conducteur. Une plaquette peut également être réalisée dans un matériau diélectrique tel que le quartz. Il est aussi possible d’envisager une plaquette de type Semi-conducteur sur Isolant SeOI («Semiconductor On Insulator» en langue anglaise), de préférence une plaquette de type Silicium sur Isolant SOI(« Silicon on Insulator» en langue anglaise).
- Par «semi-conducteur», on entend que le matériau présente une conductivité à 300 K comprise entre 10-8S.cm-1et 102S.cm-1.
- Par «composants actifs», on entend des composants permettant d’agir, à l’aide d’un signal de commande (e.g. électronique ou optique), sur les caractéristiques de propagation d’une onde électromagnétique. Les composants actifs sont classiquement intégrés de manière monolithique à la plaquette par une unité de fabrication initiale FEOL («Front-End-Of- Line» en langue anglaise), en utilisant par exemple des techniques de photolithographie, gravure, diffusion et implantation de dopants, dépôts métalliques, passivation etc. Les composants actifs sont de préférence des commutateurs.
- Par «déphasage», on entend une modification de la phase d’une onde électromagnétique incidente, introduit par le ou les composants actifs, par exemple en provoquant un décalage temporel (retard temporel) de l’onde électromagnétique incidente.
- Par «structure d’interconnexions», on entend un empilement de niveaux d’interconnexions comprenant des pistes métalliques noyées dans un matériau diélectrique. Une structure d’interconnexions est classiquement formée sur la plaquette par une unité de fabrication finale BEOL («Back-End-Of- Line» en langue anglaise).
- Par «matériau diélectrique», on entend que le matériau présente une conductivité électrique à 300K inférieure à 10-8S/cm.
- Par «antenne planaire», on entend une surface plane électriquement conductrice (classiquement métallique) pouvant émettre/recevoir un rayonnement électromagnétique. Un exemple d’antenne planaire est la pastille micro-ruban («patch» en langue anglaise).
- L’expression «un ensemble de deuxièmes antennes planaires, formé sur la seconde surface de la deuxième plaquette» ne signifie pas nécessairement que les deuxièmes antennes planaires sont formées directement sur la seconde surface de la plaquette. Cette expression n’exclut pas la présence d’une entité interposée entre la seconde surface de la deuxième plaquette et les deuxièmes antennes planaires, par exemple une structure d’interconnexions.
- Par «plan de masse», on entend une zone métallique formant un plan de masse électrique de manière à définir un potentiel de référence.
Ainsi, une telle structure selon l’invention permet une intégration monolithique des cellules élémentaires du réseau transmetteur avec les premiers composants actifs permettant de contrôler et modifier le déphasage introduit dans la cellule élémentaire correspondante, et ce de manière à pouvoir obtenir une antenne reconfigurable.
En outre, une telle intégration monolithique permet l’obtention future d’un circuit intégré avec des dimensions suffisamment faibles pour être compatibles avec des fréquences de fonctionnement de l’antenne reconfigurable supérieures à 30 GHz. En effet, afin d’obtenir des performances satisfaisantes, la dimension (et donc la périodicité) caractéristique des cellules élémentaires doit être inférieure ou égale à la demi-longueur d’onde des ondes électromagnétiques émises par la ou les sources primaires. Par exemple, lorsque la fréquence de fonctionnement est de 30 GHz, la dimension caractéristique des cellules élémentaires doit être inférieure ou égale à 0,5 cm.
La structure selon l’invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
Selon une caractéristique de l’invention, l’ensemble de premiers composants actifs comporte des couples de commutateurs, chaque couple de commutateurs étant associé à une première antenne planaire.
Définition
Par «commutateurs», on entend des éléments permettant d’autoriser ou d’interdire la circulation d’un courant électrique, par exemple entre deux surfaces de rayonnement disjointes d’une antenne planaire.
Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir introduire un déphasage en modifiant la longueur électrique effective de la première antenne planaire.
Selon une caractéristique de l’invention, la première plaquette comprend un premier démultiplexeur configuré pour transmettre un signal de commande sur les premières lignes de polarisation.
Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir une intégration monolithique du premier démultiplexeur avec les cellules élémentaires du réseau transmetteur et les premiers composants actifs.
Selon une caractéristique de l’invention, la deuxième plaquette comprend un ensemble de deuxièmes composants actifs configurés pour introduire un déphasage; la structure comportant une deuxième structure d’interconnexions, formée sur la seconde surface de la deuxième plaquette, et électriquement connectée aux deuxièmes composants actifs; la deuxième structure d’interconnexions comprenant des deuxièmes lignes de polarisation agencées pour polariser les deuxièmes composants actifs; l’ensemble de deuxièmes antennes planaires étant formé sur la deuxième structure d’interconnexions.
Ainsi, un avantage procuré est d’augmenter le nombre d’états de phase ou de retards.
Selon une caractéristique de l’invention, l’ensemble de deuxièmes composants actifs comporte des couples de commutateurs, chaque couple de commutateurs étant associé à une deuxième antenne planaire.
Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir introduire un déphasage en modifiant la longueur électrique effective de la deuxième antenne planaire.
Selon une caractéristique de l’invention, la deuxième plaquette comprend un deuxième démultiplexeur configuré pour transmettre un signal de commande sur les deuxièmes lignes de polarisation.
Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir une intégration monolithique du deuxième démultiplexeur avec les cellules élémentaires du réseau transmetteur et les deuxièmes composants actifs.
Selon une caractéristique de l’invention, la structure comporte des trous d’interconnexion agencés pour connecter électriquement les premières antennes planaires avec les deuxièmes antennes planaires leur faisant face, les trous d’interconnexion étant électriquement isolés du plan de masse.
Définition
- Par «trou d’interconnexion» («via» en langue anglaise), on entend un trou métallisé permettant d’établir une liaison électrique entre différents niveaux d’interconnexion.
Selon une caractéristique de l’invention, chaque première antenne planaire comporte des première et seconde surfaces de rayonnement disjointes; les premières surfaces de rayonnement des premières antennes planaires étant électriquement connectées aux trous d’interconnexion; les secondes surfaces de rayonnement des premières antennes planaires étant électriquement connectées aux premiers composants actifs.
Définition
Par «disjointes», on entend que les première et seconde surfaces de rayonnement sont séparées entre elles par une zone de séparation de manière à être électriquement isolées.
Selon une caractéristique de l’invention, chaque deuxième antenne planaire comporte des première et seconde surfaces de rayonnement disjointes; les premières surfaces de rayonnement des deuxièmes antennes planaires étant électriquement connectées aux trous d’interconnexion; les secondes surfaces de rayonnement des deuxièmes antennes planaires étant électriquement connectées aux deuxièmes composants actifs.
Selon une caractéristique de l’invention, les premiers composants actifs et/ou les deuxièmes composants actifs sont choisis parmi une diode, un transistor à effet de champ, un transistor bipolaire, un microsystème électromécanique.
Selon une caractéristique de l’invention, la structure comporte des billes de brasage agencées pour établir une liaison métallique entre les première et deuxième couches métalliques.
Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir une forte adhésion entre les première et deuxième couches métalliques, et garantir une interconnexion électrique.
Selon une caractéristique de l’invention, les première et deuxième plaquettes sont réalisées à base d’un matériau semi-conducteur, ou sont constituées d’un matériau semi-conducteur.
Définitions
- Par «à base de», on entend que le matériau semi-conducteur est le matériau principal et majoritaire composant la plaquette.
- Par «constitué», on entend que le matériau semi-conducteur est le seul et unique matériau composant la plaquette.
Ainsi, un avantage procuré est de faciliter l’intégration monolithique des premiers et deuxièmes composants actifs, avec une forte densité d’intégration possible.
L’invention a également pour objet un circuit intégré, fabriqué par une découpe d’une structure conforme à l’invention, la découpe étant exécutée de sorte que le circuit intégré comporte une pluralité de cellules élémentaires, comprenant chacune une première antenne planaire et une deuxième antenne planaire lui faisant face, de manière à assurer une fonction de lentille électromagnétique.
L’invention a également pour objet une antenne reconfigurable à réseau transmetteur, comportant:
- une carte de circuit imprimé, présentant des première et seconde surfaces opposées ;
- au moins un circuit intégré conforme à l’invention, formé sur la première surface de la carte de circuit imprimé;
- au moins un émetteur-récepteur, agencé pour émettre et recevoir une onde électromagnétique se propageant au sein de la carte de circuit imprimé;
- au moins une électronique de commande, configurée pour commander l’émetteur-récepteur et les premiers composants actifs du circuit intégré, et formée sur la seconde surface de la carte de circuit imprimé.
- une carte de circuit imprimé, présentant des première et seconde surfaces opposées ;
- au moins un circuit intégré conforme à l’invention, formé sur la première surface de la carte de circuit imprimé;
- au moins un émetteur-récepteur, agencé pour émettre et recevoir une onde électromagnétique se propageant au sein de la carte de circuit imprimé;
- au moins une électronique de commande, configurée pour commander l’émetteur-récepteur et les premiers composants actifs du circuit intégré, et formée sur la seconde surface de la carte de circuit imprimé.
Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir une antenne reconfigurable à réseau transmetteur très compacte en utilisant les deux faces opposées d’une carte de circuit imprimé pour intégrer la lentille électromagnétique et l’électronique de commande.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit intégré est fabriqué par une découpe d’une structure conforme à l’invention, et l’électronique de commande est configurée pour commander les deuxièmes composants actifs du circuit intégré.
Selon une caractéristique de l’invention, l’antenne comporte des antennes planaires additionnelles formées sur la première surface de la carte de circuit imprimé, et faisant face aux cellules élémentaires du circuit intégré.
Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir un réseau transmetteur capable de gérer des faisceaux indépendants, par exemple pour des applications multi-utilisateurs.
D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans l’exposé détaillé de différents modes de réalisation de l’invention, l’exposé étant assorti d’exemples et de références aux dessins joints.
Les figures ne sont pas représentées à l’échelle par souci de lisibilité et pour en simplifier leur compréhension.
Exposé détaillé des modes de réalisation
Les éléments identiques ou assurant la même fonction porteront les mêmes références pour les différents modes de réalisation, par souci de simplification.
Un objet de l’invention est une structure 1 pour fabriquer des circuits intégrés IC destinés à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne 2 reconfigurable à réseau transmetteur, la structure 1 comportant:
- une première plaquette W1, comprenant un ensemble de premiers composants actifs C1 configurés pour introduire un déphasage, et présentant des première et seconde surfaces W10, W11 opposées;
- une première couche métallique M1, formée sur la première surface W10 de la première plaquette W1;
- une première structure d’interconnexions 3, formée sur la seconde surface W11 de la première plaquette W1, et électriquement connectée aux premiers composants actifs C1; la première structure d’interconnexions 3 comprenant des premières lignes de polarisation 30 agencées pour polariser les premiers composants actifs C1;
- un ensemble de premières antennes planaires A1, formé sur la première structure d’interconnexions 3;
- une deuxième plaquette W2, présentant des première et seconde surfaces W20, W21 opposées;
- une deuxième couche métallique M2, formée sur la première surface W20 de la deuxième plaquette W2;
- un ensemble de deuxièmes antennes planaires A2, formé sur la seconde surface W21 de la deuxième plaquette W2;
les première et deuxième plaquettes W1, W2 étant assemblées par l’intermédiaire des première et deuxième couches métalliques M1, M2 de sorte que les ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires A1, A2 sont alignés, les première et deuxième couches métalliques M1, M2 formant un plan de masse PM.
- une première plaquette W1, comprenant un ensemble de premiers composants actifs C1 configurés pour introduire un déphasage, et présentant des première et seconde surfaces W10, W11 opposées;
- une première couche métallique M1, formée sur la première surface W10 de la première plaquette W1;
- une première structure d’interconnexions 3, formée sur la seconde surface W11 de la première plaquette W1, et électriquement connectée aux premiers composants actifs C1; la première structure d’interconnexions 3 comprenant des premières lignes de polarisation 30 agencées pour polariser les premiers composants actifs C1;
- un ensemble de premières antennes planaires A1, formé sur la première structure d’interconnexions 3;
- une deuxième plaquette W2, présentant des première et seconde surfaces W20, W21 opposées;
- une deuxième couche métallique M2, formée sur la première surface W20 de la deuxième plaquette W2;
- un ensemble de deuxièmes antennes planaires A2, formé sur la seconde surface W21 de la deuxième plaquette W2;
les première et deuxième plaquettes W1, W2 étant assemblées par l’intermédiaire des première et deuxième couches métalliques M1, M2 de sorte que les ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires A1, A2 sont alignés, les première et deuxième couches métalliques M1, M2 formant un plan de masse PM.
Des exemples de structure 1 sont illustrées aux figures 4 et 5.
Première plaquette
La première plaquette W1 est notamment illustrée à la figure 1. La première plaquette W1 est avantageusement réalisée dans un matériau semi-conducteur, de préférence sélectionné parmi le silicium, le germanium. La première plaquette W1 peut donc être semi-conductrice. La première plaquette W1 peut être réalisée à base d’un matériau semi-conducteur. La première plaquette W1 peut être constituée d’un matériau semi-conducteur.
La première plaquette W1 peut également être réalisée dans un matériau diélectrique tel que le quartz. Il est aussi possible d’envisager une première plaquette W1 de type Semi-conducteur sur Isolant SeOI («Semiconductor On Insulator» en langue anglaise), de préférence de type Silicium sur Isolant SOI(« Silicon on Insulator» en langue anglaise).
Premiers composants actifs
Les premiers composants actifs C1 sont avantageusement intégrés à la première plaquette W1 par une unité de fabrication initiale FEOL («Front-End-Of- Line» en langue anglaise), en utilisant par exemple des techniques de photolithographie, gravure, diffusion et implantation de dopants, dépôts métalliques, passivation connues de l’homme du métier. Dans le cas où la première plaquette W1 est réalisée dans un matériau diélectrique, les premiers composants actifs C1 peuvent être intégrés à la première plaquette W1 par des techniques de dépôt de couches minces.
Chaque première antenne planaire A1 comporte avantageusement des première et seconde surfaces de rayonnement A10, A11 disjointes, au sens où elles sont séparées entre elles par une zone de séparation de manière à être électriquement isolées entre elles. L’ensemble de premiers composants actifs C1 comporte avantageusement des couples de commutateurs, chaque couple de commutateurs étant associé à une première antenne planaire A1. Chaque couple de commutateurs appartient à un circuit de déphasage, et comprend des premier et second commutateurs présentant respectivement un état passant et un état bloqué en alternance, les états passant ou bloqué correspondant à une circulation d’un courant, respectivement autorisée ou bloquée, entre les première et seconde surfaces de rayonnement A10, A11 disjointes de chaque première antenne planaire A1. Par «en alternance», on entend que le premier commutateur alterne entre l’état passant et l’état bloqué, tandis que, simultanément, le second commutateur alterne entre l’état bloqué et l’état passant. En d’autres termes, à tout instant, les premier et second commutateurs appartenant au même circuit de déphasage présentent deux états opposés, soit passant/bloqué, soit bloqué/passant. Les états passant/passant ou bloqué/bloqué ne sont pas autorisés.
Les premiers composants actifs C1 sont avantageusement choisis parmi une diode, un transistor à effet de champ, un transistor bipolaire, un microsystème électromécanique. Le transistor à effet de champ est de préférence un transistor de type MOS («Metal Oxide Semiconductor» en langue anglaise). La diode peut être une diode de type p-i-n, une diode électro-optique, ou encore une diode de type varicap («varactor» en langue anglaise). Les diodes de type p-i-n peuvent être réalisées en AlGaAs.
Première couche métallique
La première couche métallique M1 est préférentiellement réalisée en cuivre. La première couche métallique M1 peut être formée sur la première surface W10 de la première plaquette W1 par un procédé de métallisation.
Première structure
d’interconnexions
La première structure d’interconnexions 3 est avantageusement formée sur la seconde surface W11 de la première plaquette W1 par une unité de fabrication finale BEOL («Back-End-Of- Line» en langue anglaise).
Les premières lignes de polarisation 30 sont des pistes métalliques, de préférence réalisées en cuivre.
La première plaquette W1 comprend avantageusement un premier démultiplexeur DMUX1 configuré pour transmettre un signal de commande sur les premières lignes de polarisation 30. Afin de limiter le nombre d’entrées (et donc le nombre de fils), pour des raisons de compacité, il est possible d’organiser les premières lignes de polarisation 30 en matrices, et de prévoir un décodeur d’adresses.
Ensemble de premières antennes planaires
Comme évoqué précédemment, chaque première antenne planaire A1 comporte avantageusement des première et seconde surfaces de rayonnement A10, A11 disjointes, au sens où elles sont séparées entre elles par une zone de séparation de manière à être électriquement isolées entre elles. A cet effet, une fente est avantageusement formée dans chaque première antenne planaire A1 pour isoler électriquement les première et seconde surfaces de rayonnement A10, A11 disjointes. La fente définit la zone de séparation. La fente est préférentiellement annulaire, à section rectangulaire. Bien entendu, d’autres formes sont envisageables pour la fente, telles qu’une forme elliptique ou circulaire. Selon une variante d’exécution, l’isolation électrique des première et seconde surfaces de rayonnement de la deuxième antenne planaire peut être assurée par un matériau diélectrique.
Les premières et secondes surfaces de rayonnement A10, A11 des premières antennes planaires A1 sont électriquement connectées aux premiers composants actifs C1.
Deuxième plaquette
La deuxième plaquette W2 est notamment illustrée aux figures 2 et 3. La deuxième plaquette W2 est avantageusement réalisée dans un matériau semi-conducteur, de préférence sélectionné parmi le silicium, le germanium. La deuxième plaquette W2 peut donc être semi-conductrice. La deuxième plaquette W2 peut être réalisée à base d’un matériau semi-conducteur. La deuxième plaquette W2 peut être constituée d’un matériau semi-conducteur.
La deuxième plaquette W2 peut également être réalisée dans un matériau diélectrique tel que le quartz. Il est aussi possible d’envisager une deuxième plaquette W2 de type Semi-conducteur sur Isolant SeOI («Semiconductor On Insulator» en langue anglaise), de préférence de type Silicium sur Isolant SOI(« Silicon on Insulator» en langue anglaise).
Deuxièmes composants actifs
La deuxième plaquette W2 comprend avantageusement un ensemble de deuxièmes composants actifs C2 configurés pour introduire un déphasage. Les deuxièmes composants actifs C2 sont avantageusement intégrés à la deuxième plaquette W2 par une unité de fabrication initiale FEOL («Front-End-Of- Line» en langue anglaise), en utilisant par exemple des techniques de photolithographie, gravure, diffusion et implantation de dopants, dépôts métalliques, passivation connues de l’homme du métier. Dans le cas où la deuxième plaquette W2 est réalisée dans un matériau diélectrique, les deuxièmes composants actifs C2 peuvent être intégrés à la deuxième plaquette W2 par des techniques de dépôt de couches minces.
Chaque deuxième antenne planaire A2 comporte avantageusement des première et seconde surfaces de rayonnement A20, A21 disjointes, au sens où elles sont séparées entre elles par une zone de séparation de manière à être électriquement isolées entre elles. L’ensemble de deuxièmes composants actifs C2 comporte avantageusement des couples de commutateurs, chaque couple de commutateurs étant associé à une deuxième antenne planaire A2. Chaque couple de commutateurs appartient à un circuit de déphasage, et comprend des premier et second commutateurs présentant respectivement un état passant et un état bloqué en alternance, les états passant ou bloqué correspondant à une circulation d’un courant, respectivement autorisée ou bloquée, entre les première et seconde surfaces de rayonnement A20, A21 disjointes de chaque deuxième antenne planaire A2. Par «en alternance», on entend que le premier commutateur alterne entre l’état passant et l’état bloqué, tandis que, simultanément, le second commutateur alterne entre l’état bloqué et l’état passant. En d’autres termes, à tout instant, les premier et second commutateurs appartenant au même circuit de déphasage présentent deux états opposés, soit passant/bloqué, soit bloqué/passant. Les états passant/passant ou bloqué/bloqué ne sont pas autorisés.
Les deuxièmes composants actifs C2 sont avantageusement choisis parmi une diode, un transistor à effet de champ, un transistor bipolaire, un microsystème électromécanique. Le transistor à effet de champ est de préférence un transistor de type MOS («Metal Oxide Semiconductor» en langue anglaise). La diode peut être une diode de type p-i-n, une diode électro-optique, ou encore une diode de type varicap («varactor» en langue anglaise). Les diodes de type p-i-n peuvent être réalisées en AlGaAs.
Deuxième couche métallique
La deuxième couche métallique M2 est préférentiellement réalisée en cuivre. La deuxième couche métallique peut être formée sur la première surface W20 de la deuxième plaquette W2 par un procédé de métallisation.
Deuxième structure d’interconnexions
La structure 1 comporte avantageusement une deuxième structure d’interconnexions 4, formée sur la seconde surface W21 de la deuxième plaquette W2, et électriquement connectée aux deuxièmes composants actifs C2. La deuxième structure d’interconnexions 4 est avantageusement formée sur la seconde surface W21 de la deuxième plaquette W2 par une unité de fabrication finale BEOL («Back-End-Of- Line» en langue anglaise). L’ensemble de deuxièmes antennes planaires A2 est alors formé sur la deuxième structure d’interconnexions4.
La deuxième structure d’interconnexions 4 comprend des deuxièmes lignes de polarisation 40 agencées pour polariser les deuxièmes composants actifs C2. Les deuxièmes lignes de polarisation 40 sont des pistes métalliques, de préférence réalisées en cuivre.
La deuxième plaquette W2 comprend avantageusement un deuxième démultiplexeur DMUX2 configuré pour transmettre un signal de commande sur les deuxièmes lignes de polarisation 40. Afin de limiter le nombre d’entrées (et donc le nombre de fils), pour des raisons de compacité, il est possible d’organiser les deuxièmes lignes de polarisation 40 en matrices, et de prévoir un décodeur d’adresses.
Ensemble de deuxièmes antennes planaires
Comme évoqué précédemment, chaque deuxième antenne planaire A2 comporte avantageusement des première et seconde surfaces de rayonnement A20, A21 disjointes, au sens où elles sont séparées entre elles par une zone de séparation de manière à être électriquement isolées entre elles. A cet effet, une fente est avantageusement formée dans chaque deuxième antenne planaire A2 pour isoler électriquement les première et seconde surfaces de rayonnement A20, A21 disjointes. La fente définit la zone de séparation. La fente est préférentiellement annulaire, à section rectangulaire. Bien entendu, d’autres formes sont envisageables pour la fente, telles qu’une forme elliptique ou circulaire. Selon une variante d’exécution, l’isolation électrique des première et seconde surfaces de rayonnement de la deuxième antenne planaire peut être assurée par un matériau diélectrique.
Les premières et secondes surfaces de rayonnement A20, A21 des deuxièmes antennes planaires A2 sont électriquement connectées aux deuxièmes composants actifs C2.
Assemblage des première et deuxième plaquettes
A titre d’exemple non limitatif, le plan de masse PM peut présenter une épaisseur de l’ordre de 17 µm lorsque la fréquence de fonctionnement de l’antenne 2 à réseau transmetteur est de 29 GHz.
La structure 1 comporte avantageusement des billes de brasage agencées pour établir une liaison métallique entre les première et deuxième couches métalliques M1, M2. Selon une alternative, les première et deuxième plaquettes W1, W2 peuvent être assemblées par l’intermédiaire des première et deuxième couches métalliques M1, M2 par un collage eutectique.
L’assemblage des première et deuxième plaquettes W1, W2 est exécuté de sorte que les ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires A1, A2 sont alignés. L’alignement des ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires A1, A2 peut être obtenu par une technique d’alignement connue de l’homme du métier, par exemple à l’aide de caméras CCD («Charge Coupled Device» en langue anglaise).
Après l’assemblage des première et deuxième plaquettes W1, W2, la surface de la structure 1 est divisée en motifs 10, comme illustré à la figure 6. Les motifs 10 sont formés à la surface de la structure 1, par exemple par photolithographie à l’aide d’un masque (réticule). A titre d’exemple non limitatif, chaque motif 10 peut être de forme carrée (D étant la dimension des côtés) et peut présenter une aire de 20x20 mm2lorsque les première et deuxième plaquettes W1, W2 présentent un diamètre de 200 mm. Le nombre de cellules élémentaires CE présentes dans un motif 10 dépend de la fréquence de fonctionnement de l’antenne 2, qui définit le pas p («pitch» en langue anglaise) des cellules élémentaires CE. A titre d’exemple non limitatif, pour une fréquence de fonctionnement de 28 GHz, un motif 10 carré avec une aire de 20x20 mm2peut comporter 3x3 cellules élémentaires CE.
Connexion électrique entre les premières et deuxièmes antennes planaires
La structure 1 comporte avantageusement des trous d’interconnexion V agencés pour connecter électriquement les premières antennes planaires A1 avec les deuxièmes antennes planaires A2 leur faisant face, les trous d’interconnexion V étant électriquement isolés du plan de masse PM. Les trous d’interconnexion V traversent des ouvertures formées dans le plan de masse PM. Les ouvertures formées dans le plan de masse PM permettent à la fois l’isolation électrique avec les trous d’interconnexion V et la propagation des ondes électromagnétiques à travers le plan de masse PM. Lorsque les première et deuxième plaquettes W1, W2 sont réalisées en silicium, les trous d’interconnexion V sont de type TSV («Through Silicon Via» en langue anglaise). A titre d’exemple, pour une fréquence de fonctionnement de 29 GHz, les trous d’interconnexion V présentent un diamètre de l’ordre de 150 µm. Les trous d’interconnexionV sont préférentiellement connectés aux premières et deuxièmes antennes planaires A1, A2 par des points de connexion. De manière générale, la position des points de connexion varie selon la géométrie spécifique des antennes planaires de manière à exciter le mode fondamental de résonance. Les trous d’interconnexion V s’étendent avantageusement suivant la normale aux surfaces des premières et deuxièmes antennes planaires A1, A2.
Lorsque chaque première antenne planaire A1 comporte des première et seconde surfaces de rayonnement A10, A11 disjointes, les premières surfaces de rayonnement A10 des premières antennes planaires A1 sont électriquement connectées aux trous d’interconnexionV.
Lorsque chaque deuxième antenne planaire A2 comporte des première et seconde surfaces de rayonnement A20, A21 disjointes, les premières surfaces de rayonnement A20 des deuxièmes antennes planaires A2 sont électriquement connectées aux trous d’interconnexionV.
Circuit intégré
Un objet de l’invention est un circuit intégré IC, fabriqué par une découpe d’une structure1 selon l’invention, la découpe étant exécutée de sorte que le circuit intégré IC comporte une pluralité de cellules élémentaires CE, comprenant chacune une première antenne planaire A1 et une deuxième antenne planaire A2 lui faisant face, de manière à assurer une fonction de lentille électromagnétique.
La découpe peut être exécutée à l’aide d’une scie circulaire de précision, avec une lame à âme métallique ou à âme résinoïde diamantée.
Antenne reconfigurable
Comme illustré à la figure 7, un objet de l’invention est une antenne 2 reconfigurable à réseau transmetteur, comportant:
- une carte de circuit imprimé 5, présentant des première et seconde surfaces 50, 51 opposées;
- au moins un circuit intégré IC selon l’invention, formé sur la première surface 50 de la carte de circuit imprimé 5;
- au moins un émetteur-récepteur 6, agencé pour émettre et recevoir une onde électromagnétique se propageant au sein de la carte de circuit imprimé 5;
- au moins une électronique de commande 60, configurée pour commander l’émetteur-récepteur 6 et les premiers composants actifs C1 du circuit intégré IC, et formée sur la seconde surface 51 de la carte de circuit imprimé 5.
- une carte de circuit imprimé 5, présentant des première et seconde surfaces 50, 51 opposées;
- au moins un circuit intégré IC selon l’invention, formé sur la première surface 50 de la carte de circuit imprimé 5;
- au moins un émetteur-récepteur 6, agencé pour émettre et recevoir une onde électromagnétique se propageant au sein de la carte de circuit imprimé 5;
- au moins une électronique de commande 60, configurée pour commander l’émetteur-récepteur 6 et les premiers composants actifs C1 du circuit intégré IC, et formée sur la seconde surface 51 de la carte de circuit imprimé 5.
Carte de circuit imprimé
La carte de circuit imprimé 5 est réalisée dans un matériau diélectrique. A titre d’exemple non limitatif, la carte de circuit imprimé 5 peut être réalisée dans un matériau commercial tel que le RT/duroid®6002. La carte de circuit imprimé 5 présente une épaisseur typiquement comprise entre 100 µm et 1500µm pour une fréquence de fonctionnement de l’antenne 2 comprise entre 10GHz et 300GHz. A titre d’exemple non limitatif, la carte de circuit imprimé 5 peut présenter une épaisseur de l’ordre de 254 µm lorsque la fréquence de fonctionnement de l’antenne 2 est de 29 GHz.
Le ou les circuits intégrés IC peuvent être formés sur la première surface 50 de la carte de circuit imprimé 5 par un assemblage de type puce retournée («flip-chip» en langue anglaise). Les circuits intégrés IC peuvent être agencés sur la première surface 50 de la carte de circuit imprimé 5 sous forme matricielle, comme illustré à la figure 8.
Comme illustré à la figure 9, l’antenne 2 comporte avantageusement des antennes planaires additionnelles A1’ formées sur la première surface 50 de la carte de circuit imprimé 5, et faisant face aux cellules élémentaires CE du circuit intégré IC.
Emetteur-Récepteur
Chaque émetteur-récepteur 6 comporte au moins une source S rayonnante agencée pour émettre des ondes électromagnétiques. La source S rayonnante peut être réalisée sous la forme d’une antenne planaire formée au sein de la carte de circuit imprimé 5, s’étendant dans un plan focal dont la distance euclidienne avec la lentille électromagnétique définit la distance focale F (illustrée à la figure 7). La ou chaque source S rayonnante est avantageusement configurée pour opérer à une fréquence supérieure à 30 GHz (fréquences millimétriques et sub-THz).
Comme illustré à la figure 10, l’antenne 2 peut comporter une pluralité d’émetteurs-récepteurs 6. Lorsque les circuits intégrés IC sont agencés sur la première surface 50 de la carte de circuit imprimé 5 sous forme matricielle, chaque émetteur-récepteur 6 peut être dédié à une zone de la matrice.
Comme illustré à figure 11, la pluralité d’émetteurs-récepteurs 6 peut être commandée par une électronique de commande 60 numérique, dont les voies de sortie sont électriquement connectées aux sources S rayonnantes.
Electronique de commande
L’électronique de commande 60 est préférentiellement intégrée au sein d’une puce électronique montée sur la seconde surface 51 de la carte de circuit imprimé 5. L’électronique de commande 60 est avantageusement configurée pour également commander les deuxièmes composants actifs C2 du circuit intégré IC.
En l’absence de démultiplexeurs DMUX1, DMUX2 intégrées aux première et deuxième plaquettes W1, W2, des démultiplexeurs peuvent être déportés au sein de l’électronique de commande 60. Un exemple de pilotage des lignes de polarisation est donné dans la thèse de doctorat «Conception d’antennes à réseaux transmetteurs à dépointage et/ou formation de faisceau», A. Clemente, octobre 2012, aux pages 159-161.
L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation exposés. L’homme du métier est mis à même de considérer leurs combinaisons techniquement opérantes, et de leur substituer des équivalents.
Claims (16)
- Structure (1) pour fabriquer des circuits intégrés (IC) destinés à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne (2) reconfigurable à réseau transmetteur, la structure (1) comportant:
- une première plaquette (W1), comprenant un ensemble de premiers composants actifs (C1) configurés pour introduire un déphasage, et présentant des première et seconde surfaces (W10, W11) opposées;
- une première couche métallique (M1), formée sur la première surface (W10) de la première plaquette (W1);
- une première structure d’interconnexions (3), formée sur la seconde surface (W11) de la première plaquette (W1), et électriquement connectée aux premiers composants actifs (C1); la première structure d’interconnexions (3) comprenant des premières lignes de polarisation (30) agencées pour polariser les premiers composants actifs (C1);
- un ensemble de premières antennes planaires (A1), formé sur la première structure d’interconnexions (3);
- une deuxième plaquette (W2), présentant des première et seconde surfaces (W20, W21) opposées;
- une deuxième couche métallique (M2), formée sur la première surface (W20) de la deuxième plaquette (W2);
- un ensemble de deuxièmes antennes planaires (A2), formé sur la seconde surface (W21) de la deuxième plaquette (W2);
les première et deuxième plaquettes (W1, W2) étant assemblées par l’intermédiaire des première et deuxième couches métalliques (M1, M2) de sorte que les ensembles des premières et deuxièmes antennes planaires (A1, A2) sont alignés, les première et deuxième couches métalliques (M1, M2) formant un plan de masse (PM). - Structure (1) selon la revendication 1, dans laquelle l’ensemble de premiers composants actifs (C1) comporte des couples de commutateurs, chaque couple de commutateurs étant associé à une première antenne planaire (A1).
- Structure (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la première plaquette (W1) comprend un premier démultiplexeur (DMUX1) configuré pour transmettre un signal de commande sur les premières lignes de polarisation (30).
- Structure (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle la deuxième plaquette (W2) comprend un ensemble de deuxièmes composants actifs (C2) configurés pour introduire un déphasage; la structure (1) comportant une deuxième structure d’interconnexions (4), formée sur la seconde surface (W21) de la deuxième plaquette (W2), et électriquement connectée aux deuxièmes composants actifs (C2); la deuxième structure d’interconnexions (4) comprenant des deuxièmes lignes de polarisation (40) agencées pour polariser les deuxièmes composants actifs (C2); l’ensemble de deuxièmes antennes planaires (A2) étant formé sur la deuxième structure d’interconnexions (4).
- Structure (1) selon la revendication 4, dans laquelle l’ensemble de deuxièmes composants actifs (C2) comporte des couples de commutateurs, chaque couple de commutateurs étant associé à une deuxième antenne planaire (A2).
- Structure (1) selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle la deuxième plaquette (W2) comprend un deuxième démultiplexeur (DMUX2) configuré pour transmettre un signal de commande sur les deuxièmes lignes de polarisation (40).
- Structure (1) selon l’une des revendications 1 à 6, comportant des trous d’interconnexion (V) agencés pour connecter électriquement les premières antennes planaires (A1) avec les deuxièmes antennes planaires (A2) leur faisant face, les trous d’interconnexion (V) étant électriquement isolés du plan de masse (PM).
- Structure (1) selon la revendication 7, dans laquelle chaque première antenne planaire (A1) comporte des première et seconde surfaces de rayonnement (A10, A11) disjointes; les premières surfaces de rayonnement (A10) des premières antennes planaires (A1) étant électriquement connectées aux trous d’interconnexion (V); les secondes surfaces de rayonnement (A11) des premières antennes planaires (A1) étant électriquement connectées aux premiers composants actifs (C1).
- Structure (1) selon la revendication 7 ou 8 en combinaison avec la revendication 4, dans laquelle chaque deuxième antenne planaire (A2) comporte des première et seconde surfaces de rayonnement (A20, A21) disjointes; les premières surfaces de rayonnement (A20) des deuxièmes antennes planaires (A2) étant électriquement connectées aux trous d’interconnexion (V); les secondes surfaces de rayonnement (A21) des deuxièmes antennes planaires (A2) étant électriquement connectées aux deuxièmes composants actifs (C2).
- Structure (1) selon l’une des revendications 1 à 9, dans laquelle les premiers composants actifs (C1) et/ou les deuxièmes composants actifs (C2) sont choisis parmi une diode, un transistor à effet de champ, un transistor bipolaire, un microsystème électromécanique.
- Structure (1) selon l’une des revendications 1 à 10, comportant des billes de brasage agencées pour établir une liaison métallique entre les première et deuxième couches métalliques (M1, M2).
- Structure (1) selon l’une des revendications 1 à 11, dans laquelle les première et deuxième plaquettes (W1, W2) sont réalisées à base d’un matériau semi-conducteur, ou sont constituées d’un matériau semi-conducteur.
- Circuit intégré (IC), fabriqué par une découpe d’une structure (1) selon l’une des revendications 1 à 12, la découpe étant exécutée de sorte que le circuit intégré (IC) comporte une pluralité de cellules élémentaires (CE), comprenant chacune une première antenne planaire (A1) et une deuxième antenne planaire (A2) lui faisant face, de manière à assurer une fonction de lentille électromagnétique.
- Antenne (2) reconfigurable à réseau transmetteur, comportant:
- une carte de circuit imprimé (5), présentant des première et seconde surfaces (50, 51) opposées ;
- au moins un circuit intégré (IC) selon la revendication 13, formé sur la première surface (50) de la carte de circuit imprimé (5);
- au moins un émetteur-récepteur (6), agencé pour émettre et recevoir une onde électromagnétique se propageant au sein de la carte de circuit imprimé (5);
- au moins une électronique de commande (60), configurée pour commander l’émetteur-récepteur (6) et les premiers composants actifs (C1) du circuit intégré (IC), et formée sur la seconde surface (51) de la carte de circuit imprimé (5). - Antenne (2) selon la revendication 14, dans laquelle le circuit intégré (IC) est fabriqué par une découpe d’une structure (1) selon la revendication 4, et l’électronique de commande (60) est configurée pour commander les deuxièmes composants actifs (C2) du circuit intégré (IC).
- Antenne (2) selon la revendication 14 ou 15, comportant des antennes planaires additionnelles (A1’) formées sur la première surface (50) de la carte de circuit imprimé (5), et faisant face aux cellules élémentaires (CE) du circuit intégré (IC).
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1914720A FR3105610B1 (fr) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires |
| EP20213640.4A EP3840116B1 (fr) | 2019-12-18 | 2020-12-13 | Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires |
| US17/124,876 US11296423B2 (en) | 2019-12-18 | 2020-12-17 | Reconfigurable transmitarray antenna with monolithic integration of elementary cells |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1914720 | 2019-12-18 | ||
| FR1914720A FR3105610B1 (fr) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3105610A1 true FR3105610A1 (fr) | 2021-06-25 |
| FR3105610B1 FR3105610B1 (fr) | 2021-12-17 |
Family
ID=69903479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1914720A Active FR3105610B1 (fr) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11296423B2 (fr) |
| EP (1) | EP3840116B1 (fr) |
| FR (1) | FR3105610B1 (fr) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3123513B1 (fr) * | 2021-06-01 | 2024-07-19 | Commissariat Energie Atomique | Empilement pour fabriquer un circuit intégré destiné à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne reconfigurable à réseau transmetteur |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3125362A1 (fr) * | 2015-07-28 | 2017-02-01 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Cellule elementaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable |
| EP3392959A1 (fr) * | 2017-04-14 | 2018-10-24 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Cellule élémentaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9812786B2 (en) * | 2015-08-25 | 2017-11-07 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Metamaterial-based transmitarray for multi-beam antenna array assemblies |
| FR3079075B1 (fr) * | 2018-03-14 | 2020-03-06 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Antenne a reseau transmetteur large bande |
-
2019
- 2019-12-18 FR FR1914720A patent/FR3105610B1/fr active Active
-
2020
- 2020-12-13 EP EP20213640.4A patent/EP3840116B1/fr active Active
- 2020-12-17 US US17/124,876 patent/US11296423B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3125362A1 (fr) * | 2015-07-28 | 2017-02-01 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Cellule elementaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable |
| EP3392959A1 (fr) * | 2017-04-14 | 2018-10-24 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Cellule élémentaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| A. CLEMENTE, CONCEPTION D'ANTENNES À RÉSEAUX TRANSMETTEURS À DÉPOINTAGE ETLOUFORMATION DE FAISCEAU, October 2012 (2012-10-01), pages 159 - 161 |
| J. A. ZEVALLOS LUNA, INTÉGRATION D'ANTENNES POUR OBJETS COMMUNICANTS AUX FRÉQUENCES MILLIMÉTRIQUES, October 2014 (2014-10-01) |
| J.A. ZEVALLOS LUNA: "Intégration d'antennes pour objets communicants aux fréquences millimétriques", 4 May 2016 (2016-05-04), pages 1 - 183, XP002800325, Retrieved from the Internet <URL:https://core.ac.uk/download/pdf/46807883.pdf> [retrieved on 20200907] * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11296423B2 (en) | 2022-04-05 |
| FR3105610B1 (fr) | 2021-12-17 |
| US20210194152A1 (en) | 2021-06-24 |
| EP3840116A1 (fr) | 2021-06-23 |
| EP3840116B1 (fr) | 2024-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3125362B1 (fr) | Cellule elementaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable | |
| EP3392959B1 (fr) | Cellule élémentaire d'un reseau transmetteur pour une antenne reconfigurable | |
| EP3057130B1 (fr) | Dispositif de transmission rf a reflecteur d'ondes electromagnetiques integre | |
| EP2656438B1 (fr) | Cellule rayonnante a deux etats de phase pour reseau transmetteur | |
| EP1580844B1 (fr) | Cellule déphaseuse à polarisation linéaire et à longueur résonante variable au moyen de commutateurs mems | |
| EP2808946A1 (fr) | Dispositif de perturbation d'une propagation d'ondes électromagnétiques et son procédé de fabrication | |
| EP2532046A1 (fr) | Antenne plane à balayage pour application mobile terrestre, véhicule comportant une telle antenne et système de télécommunication par satellite comportant un tel véhicule | |
| EP2673842B1 (fr) | Antenne a base de guides a fentes annulaires | |
| EP3840122B1 (fr) | Cellule élémentaire d'un réseau transmetteur | |
| EP4099498B1 (fr) | Empilement pour fabriquer un circuit intégré destiné à assurer une fonction de lentille électromagnétique pour une antenne reconfigurable à réseau transmetteur | |
| EP3840116B1 (fr) | Antenne reconfigurable à réseau transmetteur avec intégration monolithique des cellules élémentaires | |
| CA2808511C (fr) | Antenne plane pour terminal fonctionnant en double polarisation circulaire, terminal aeroporte et systeme de telecommunication par satellite comportant au moins une telle antenne | |
| EP3840115A1 (fr) | Antenne à cavité résonante compacte | |
| EP2432072B1 (fr) | Symétriseur large bande sur circuit multicouche pour antenne réseau | |
| FR2724491A1 (fr) | Antenne plaquee miniaturisee, a double polarisation, a tres large bande | |
| WO2003019718A1 (fr) | Antenne a resonateur dielectrique polarisee circulairement | |
| FR2834131A1 (fr) | Panneau dephaseur monolithique a diodes pin en silicium polycristallin et antenne utilisant ce panneau dephaseur | |
| EP3537540A1 (fr) | Découplage électromagnétique | |
| FR3078830A1 (fr) | " decouplage electromagnetique " |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20210625 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |