FR3110030A1 - Method of manufacturing a waveguide and waveguide manufactured by the process - Google Patents
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- H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
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- H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
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Abstract
Dispositif à guide d’ondes (300) comprenant un corps comportant des parois latérales avec des surfaces externes et internes, les surfaces internes définissant un canal de guide d’ondes et étant recouvertes d’une couche de métal conducteur, une pluralité de trous traversants étant aménagée sur au moins une paroi latérale du corps, les trous étant disposés selon un agencement périodique sur chaque paroi. Figure 3aA waveguide device (300) includes a body having side walls with external and internal surfaces, the internal surfaces defining a waveguide channel and being covered with a layer of conductive metal, a plurality of through-holes being arranged on at least one side wall of the body, the holes being arranged in a periodic arrangement on each wall. Figure 3a
Description
ChampField d’applicationof application
L’invention concerne le domaine des guides d’ondes électromagnétiques et plus précisément des procédés de fabrication de tels guides.The invention relates to the field of electromagnetic waveguides and more specifically to methods of manufacturing such guides.
L’invention concerne en particulier des guides d’ondes définis par des canaux métalliques creux dans lesquels les signaux radiofréquences se propagent. L’invention s’applique à la fabrication de guides d’ondes mais aussi de dispositifs comprenant de tels guides d’ondes comme par exemple, des filtres ou des antennes.The invention relates in particular to waveguides defined by hollow metal channels in which the radiofrequency signals propagate. The invention applies to the manufacture of waveguides but also of devices comprising such waveguides such as, for example, filters or antennas.
Problème soulevéIssue Raised
Un problème particulier à résoudre dans le domaine de la fabrication de guides d’ondes concerne la métallisation électrolytique des surfaces internes du guide. En particulier pour des guides d’ondes fonctionnant à hautes fréquences, les dimensions des cavités internes d’un guide d’onde sont très petites ce qui rend complexe l’étape de métallisation. Par exemple, pour des guides d’ondes fonctionnant en bande E (60-90 GHz), les dimensions des guides d’ondes sont de l’ordre de quelques millimètres.A particular problem to be solved in the field of the manufacture of waveguides concerns the electrolytic metallization of the internal surfaces of the guide. In particular for waveguides operating at high frequencies, the dimensions of the internal cavities of a waveguide are very small, which makes the metallization step complex. For example, for waveguides operating in the E band (60-90 GHz), the dimensions of the waveguides are of the order of a few millimeters.
Plus généralement, quelle que soit la fréquence visée, la métallisation des surfaces internes du guide constitue une étape importante de la fabrication d’un guide d’onde.More generally, whatever the targeted frequency, the metallization of the internal surfaces of the guide constitutes an important step in the manufacture of a waveguide.
Art antérieurPrior art
Une technique de métallisation adaptée aux guides d’ondes consiste à utiliser une méthode de déposition chimique. Cette méthode consiste à immerger la pièce à métalliser successivement dans un ou plusieurs bains contenant des fluides réactifs qui déclenchent des réactions chimiques permettant d’aboutir à une déposition d’un matériau métallique choisi. Ce matériau peut être du cuivre, de l’or, de l’argent, du nickel ou tout autre métal conducteur.A suitable metallization technique for waveguides is to use a chemical deposition method. This method consists of immersing the part to be metallized successively in one or more baths containing reactive fluids which trigger chemical reactions leading to the deposition of a chosen metallic material. This material can be copper, gold, silver, nickel or any other conductive metal.
Un premier inconvénient de ce type de méthode concerne l’apparition de bulles d’air dans le canal du guide d’ondes qui peuvent influer sur le processus de métallisation. Ces bulles d’air peuvent notamment empêcher le contact entre les agents réactifs et la surface des parois à métalliser.A first drawback of this type of method concerns the appearance of air bubbles in the waveguide channel which can influence the metallization process. These air bubbles can in particular prevent contact between the reactive agents and the surface of the walls to be metallized.
Un deuxième inconvénient concerne l’évacuation des fluides réactifs hors du guide d’ondes. En effet, une stagnation de ces fluides peut provoquer un arrêt de la réaction de déposition et des défauts de métallisation sur certaines surfaces.A second disadvantage concerns the evacuation of reactive fluids out of the waveguide. Indeed, a stagnation of these fluids can cause a stoppage of the deposition reaction and metallization defects on certain surfaces.
Un inconvénient spécifique aux méthodes de métallisation par électrolyse est que le dépôt de métal ne se fait pas de façon uniforme ce qui rend complexe la métallisation de l’intérieur de la cavité du guide d’ondes. En effet, lors du processus d’électrolyse, le dépôt de métal peut ne pas pénétrer suffisamment à l’intérieur du guide.A specific disadvantage of electrolysis metallization methods is that the metal deposition is not uniform, which makes it difficult to metallize the inside of the waveguide cavity. Indeed, during the electrolysis process, the metal deposit may not penetrate sufficiently inside the guide.
Pour résoudre ces inconvénients, il est connu, notamment du document de référence [1] de prévoir des trous de drainage dans les parois du guide d’ondes pour améliorer le drainage des fluides réactifs lors de l’étape de métallisation.To solve these drawbacks, it is known, in particular from reference document [1], to provide drainage holes in the walls of the waveguide to improve the drainage of reactive fluids during the metallization step.
Le brevet français FR3048556 décrit le principe général de l’introduction de trous de drainage dans les parois d’un guide d’ondes de manière à permettre une communication fluidique entre le canal et l’extérieur du guide d’ondes lors de l’étape de métallisation des parois internes du guide.French patent FR3048556 describes the general principle of introducing drainage holes in the walls of a waveguide so as to allow fluid communication between the channel and the outside of the waveguide during the step. metallization of the internal walls of the guide.
Cependant, un inconvénient de cette méthode est qu’elle présente un impact potentiellement significatif sur les performances radioélectriques du guide d’ondes. En effet, selon les dimensions et le positionnement des trous, ceux-ci peuvent dégrader la propagation de l’onde à l’intérieur du guide et causer une diminution du paramètre de transmission, des désadaptations ou d’autres perturbations.However, a drawback of this method is that it has a potentially significant impact on the radio performance of the waveguide. Indeed, depending on the dimensions and the positioning of the holes, these can degrade the propagation of the wave inside the guide and cause a reduction in the transmission parameter, mismatches or other disturbances.
RéponseAnswer auAt problèmeissue etAnd apportbring solutionsolution
La présente invention permet de résoudre les inconvénients des solutions de l’art antérieur en proposant un dimensionnement et un positionnement spécifique des trous de drainage prévus dans les parois du guide d’ondes, ce dimensionnement étant prévu pour optimiser les performances du guide d’ondes en termes de transmission et de réflexion et ainsi influer le moins possible sur la propagation des ondes et le bon fonctionnement du guide d’ondes.The present invention makes it possible to solve the drawbacks of the solutions of the prior art by proposing a specific dimensioning and positioning of the drainage holes provided in the walls of the waveguide, this dimensioning being provided to optimize the performance of the waveguide. in terms of transmission and reflection and thus have the least possible influence on the propagation of the waves and the proper functioning of the waveguide.
L’invention a ainsi pour objet un dispositif à guide d’ondes comprenant un corps comportant des parois latérales avec des surfaces externes et internes, les surfaces internes définissant un canal de guide d’ondes et étant recouvertes d’une couche de métal conducteur, une pluralité de trous traversants étant aménagée sur au moins une paroi latérale du corps, les trous étant disposés selon un agencement périodique sur chaque paroi.The subject of the invention is thus a waveguide device comprising a body comprising side walls with external and internal surfaces, the internal surfaces defining a waveguide channel and being covered with a layer of conductive metal, a plurality of through holes being provided on at least one side wall of the body, the holes being arranged in a periodic arrangement on each wall.
Selon un aspect particulier de l’invention, la distance maximale entre deux trous consécutifs selon l’axe de propagation du guide d’onde est inférieure à λg/2, avec λg la longueur d’onde guidée.According to a particular aspect of the invention, the maximum distance between two consecutive holes along the propagation axis of the waveguide is less than λg/2, with λg the guided wavelength.
Selon un aspect particulier de l’invention, la longueur d’onde guidée λg est prise à la fréquence opérationnelle maximale du dispositif.According to a particular aspect of the invention, the guided wavelength λg is taken at the maximum operational frequency of the device.
Selon un aspect particulier de l’invention, la distance maximale entre deux trous consécutifs selon l’axe de propagation du guide d’onde est comprise entre (2K-1)*λg/2 et K*λg , avec K un entier naturel non nul et λg la longueur d’onde guidée.According to a particular aspect of the invention, the maximum distance between two consecutive holes along the propagation axis of the waveguide is between (2K-1)*λg/2 and K*λg, with K a natural integer not null and λg the guided wavelength.
Selon un aspect particulier de l’invention, la distance maximale entre deux trous consécutifs selon l’axe de propagation du guide d’onde est comprise entre (2K-1)*λg(Fmin)/2 et K*λg (Fmax), avec K un entier naturel non nul, λg(Fmin) la longueur d’onde guidée prise à la fréquence opérationnelle minimale du dispositif et λg(Fmax) la longueur d’onde guidée prise à la fréquence opérationnelle maximale du dispositif.According to a particular aspect of the invention, the maximum distance between two consecutive holes along the propagation axis of the waveguide is between (2K-1)*λg(Fmin)/2 and K*λg (Fmax), with K a non-zero natural number, λg(Fmin) the guided wavelength taken at the minimum operating frequency of the device and λg(Fmax) the guided wavelength taken at the maximum operating frequency of the device.
Selon un aspect particulier de l’invention, les trous sont disposés sur deux parois opposées du corps.According to a particular aspect of the invention, the holes are arranged on two opposite walls of the body.
Selon un aspect particulier de l’invention, la période des trous est identique pour les deux parois opposées.According to a particular aspect of the invention, the period of the holes is identical for the two opposite walls.
Selon un aspect particulier de l’invention, les trous d’une paroi sont disposés de sorte à ne pas être en vis à vis avec les trous de la paroi opposée.According to a particular aspect of the invention, the holes of a wall are arranged so as not to be opposite with the holes of the opposite wall.
Selon un aspect particulier de l’invention, les trous d’une paroi sont disposés de sorte à être en vis-à-vis avec une section de paroi entre deux trous de la paroi opposée.According to a particular aspect of the invention, the holes of a wall are arranged so as to face each other with a wall section between two holes of the opposite wall.
Selon un aspect particulier de l’invention, les trous sont disposés le long d’une ou de plusieurs lignes dans le sens de propagation du guide d’onde.According to a particular aspect of the invention, the holes are arranged along one or more lines in the direction of propagation of the waveguide.
Selon un aspect particulier de l’invention, le diamètre d’un trou est inférieur ou égal à 0.37λ, préférentiellement 0.3λ, avec λ la longueur d’onde dans l’espace libre à la fréquence opérationnelle maximale du dispositif.According to a particular aspect of the invention, the diameter of a hole is less than or equal to 0.37λ, preferably 0.3λ, with λ the wavelength in free space at the maximum operational frequency of the device.
L’invention a aussi pour objet un procédé de fabrication de dispositif à guide d’onde comprenant les étapes suivantes :
- fabriquer un corps comportant des parois latérales avec des surfaces externes et internes, une pluralité de trous traversants étant aménagée sur au moins une paroi latérale du corps, les trous étant disposés selon un agencement périodique sur chaque paroi,
- déposer une couche de métal conducteur sur les surfaces internes, par immersion dans un bain chimique.
- fabricating a body having side walls with outer and inner surfaces, a plurality of through holes being provided on at least one side wall of the body, the holes being arranged in a periodic arrangement on each wall,
- deposit a layer of conductive metal on the internal surfaces, by immersion in a chemical bath.
Dans une variante de réalisation, le procédé selon l’invention comprend en outre les étapes de :
- Recevoir un fichier numérique comprenant des instructions de code pour le contrôle d’un dispositif de fabrication additive, lorsque les instructions de code sont exécutées par un processeur,
- Contrôler le dispositif de fabrication additive à partir du fichier numérique pour fabriquer ledit corps
- Receive a digital file comprising code instructions for controlling an additive manufacturing device, when the code instructions are executed by a processor,
- Control the additive manufacturing device from the digital file to manufacture said body
Dans une variante de réalisation, le procédé selon l’invention comprend en outre les étapes de :
- Recevoir un fichier numérique représentant un modèle 3D dudit corps,
- Contrôler un dispositif de fabrication additive pour fabriquer ledit corps selon le modèle 3D spécifié dans le fichier numérique.
- Receive a digital file representing a 3D model of said body,
- Control an additive manufacturing device to manufacture said body according to the 3D model specified in the digital file.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés suivants.Other characteristics and advantages of the present invention will appear better on reading the following description in relation to the following appended drawings.
La figure 1 schématise un modèle de guide d’ondes électromagnétiques 100 formé d’une structure 101 comprenant des parois externes et internes, les parois internes définissant une cavité 102 qui constitue le canal de propagation des ondes.FIG. 1 diagrams a model of electromagnetic waveguide 100 formed of a structure 101 comprising external and internal walls, the internal walls defining a cavity 102 which constitutes the wave propagation channel.
La structure 101, qui constitue le corps du guide d’ondes, est fabriquée en matériau non conducteur, par exemple de la céramique. Cette structure peut être fabriquée par toute technique de fabrication additive, par exemple par impression 3D, ou par une technique de moulage en plastique ou plus généralement par toute technique de fabrication adaptée.The structure 101, which constitutes the body of the waveguide, is made of a non-conductive material, for example ceramic. This structure can be manufactured by any additive manufacturing technique, for example by 3D printing, or by a plastic molding technique or more generally by any suitable manufacturing technique.
Les dimensions de la structure 101 et de la cavité 102 dépendent de la fréquence de fonctionnement du dispositif et du mode de transmission souhaité.The dimensions of the structure 101 and of the cavity 102 depend on the operating frequency of the device and the desired mode of transmission.
Les parois internes qui définissent la cavité 102 sont recouvertes d’une couche de matériau conducteur, par exemple du cuivre, de l’argent, de l’or ou du nickel. Le dépôt du matériau conducteur est réalisé par un processus chimique ou électrochimique qui comprend notamment une étape d’immersion du guide 100 dans un ou plusieurs bains constitués d’un ou plusieurs fluides réactifs.The internal walls which define the cavity 102 are covered with a layer of conductive material, for example copper, silver, gold or nickel. The deposition of the conductive material is carried out by a chemical or electrochemical process which notably comprises a step of immersing the guide 100 in one or more baths consisting of one or more reactive fluids.
Comme indiqué en préambule, des trous de drainage sont prévus sur les parois du guide pour améliorer l’évacuation des bulles d’air et la circulation des fluides.As indicated in the preamble, drainage holes are provided on the walls of the guide to improve the evacuation of air bubbles and the circulation of fluids.
Ces trous ne sont pas sans conséquence sur les performances électromagnétiques du guide d’onde. Un objectif de l’invention est de déterminer le dimensionnement le plus optimal des trous de drainage pour limiter leur impact sur la propagation dans le guide.These holes are not without consequence on the electromagnetic performances of the waveguide. One objective of the invention is to determine the most optimal dimensioning of the drainage holes to limit their impact on the propagation in the guide.
Pour cela, les performances d’un guide d’onde sont simulées, par exemple au moyen d’un logiciel d’analyse structurelle adapté à la simulation de propagation des ondes électromagnétiques. Les simulations sont réalisées en faisant varier différents paramètres de dimensionnement et de nombre des trous de drainage.For this, the performance of a waveguide is simulated, for example by means of structural analysis software adapted to the simulation of the propagation of electromagnetic waves. The simulations are carried out by varying various parameters of dimensioning and number of drainage holes.
L’invention peut aussi être appliquée à des guides d’ondes dont la structure 101 est fabriquée en métal, par exemple en aluminium, et dont les surfaces internes de la cavité 102 sont recouvertes d’un matériau de finition pour améliorer la conductivité. Le matériau de finition est par exemple, de l’argent ou de l’or. Dans ce cas, c’est la couche de matériau de finition qui est déposée par un processus chimique ou électrochimique.The invention can also be applied to waveguides whose structure 101 is made of metal, for example aluminum, and whose internal surfaces of the cavity 102 are covered with a finishing material to improve the conductivity. The finishing material is, for example, silver or gold. In this case, it is the layer of finishing material that is deposited by a chemical or electrochemical process.
La figure 1 schématise un exemple de guide d’ondes comprenant deux trous de drainage identiques en vis-à-vis traversant deux parois opposées du guide.Figure 1 schematizes an example of a waveguide comprising two identical drainage holes facing each other crossing two opposite walls of the guide.
La figure 2a représente le paramètre de transmission S21 du guide d’ondes de la figure 1 en fonction de la fréquence du signal pour différents rayons des trous de drainage. Le paramètre de transmission S21 correspond à un coefficient de transmission de l’onde entre l’entrée et la sortie du guide d’ondes. Les performances du guide en transmission sont optimales lorsque le paramètre de transmission S21 est le plus proche de 0dB. Autrement dit, plus le paramètre de transmission (exprimé en dB) diminue, plus cela signifie que des phénomènes de réflexion parasites interviennent et qu’une partie de l’onde ne sera pas transmise ou propagée vers la sortie du guide d’ondes.Figure 2a plots the transmission parameter S21 of the waveguide in Figure 1 as a function of signal frequency for different radii of the drain holes. The transmission parameter S21 corresponds to a transmission coefficient of the wave between the input and the output of the waveguide. The performances of the guide in transmission are optimal when the transmission parameter S21 is closest to 0dB. In other words, the more the transmission parameter (expressed in dB) decreases, the more it means that parasitic reflection phenomena occur and that part of the wave will not be transmitted or propagated towards the output of the waveguide.
Dans l’exemple illustré à la figure 2a, les fréquences simulées sont dans la bande E c'est-à-dire [60 ; 90 GHz] pour un guide d’ondes de longueur 50mm avec une seule paire de trous de drainage et une section de guide d’ondes de dimensions 3,1mm sur 1,55 mm.In the example illustrated in Figure 2a, the simulated frequencies are in the E band, i.e. [60; 90 GHz] for a 50mm long waveguide with a single pair of drain holes and a waveguide section of dimensions 3.1mm by 1.55mm.
Les courbes 201,202,203,204,205,206,207 correspondent respectivement à des rayons de trou de drainage de 0.2mm, 0.3mm ,0.4mm ,0.5mm ,0.6mm,0.7mm et 0.8mm. ce qui correspond à des diamètres variant de 0.12λ à 0.48λ à une fréquence de 90 Hz.Curves 201,202,203,204,205,206,207 correspond respectively to drain hole radii of 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm and 0.8mm. which corresponds to diameters varying from 0.12λ to 0.48λ at a frequency of 90 Hz.
On peut déduire des résultats présentés à la figure 2a que plus le diamètre des trous est important, plus l’impact est significatif sur la diminution du paramètre de transmission comme cela peut être observé pour la courbe 207. En particulier, sur la figure 2a on peut observer que le paramètre S21 diminue pour un rayon strictement supérieur à 0,5mm ce qui correspond à un diamètre du trou égal à 0,3λ à 90GHz.It can be deduced from the results presented in FIG. 2a that the larger the diameter of the holes, the more significant the impact on the reduction in the transmission parameter, as can be observed for curve 207. In particular, in FIG. can observe that the parameter S21 decreases for a radius strictly greater than 0.5mm, which corresponds to a diameter of the hole equal to 0.3λ at 90GHz.
La figure 2b représente le paramètre de réflexion S11 du guide d’ondes pour les mêmes paramètres. Le paramètre de réflexion S11 correspond à un coefficient de réflexion de l’onde à l’entrée du guide d’ondes.Figure 2b shows the waveguide reflection parameter S11 for the same parameters. The reflection parameter S11 corresponds to a wave reflection coefficient at the waveguide input.
Les performances du guide en réflexion sont optimales lorsque le paramètre de réflexion S11 est le plus faible possible. Autrement dit, plus le paramètre de réflexion (exprimé en dB) augmente, plus cela signifie que des phénomènes de réflexion parasites interviennent et qu’une partie de l’onde ne sera pas transmise ou propagée vers la sortie du guide d’ondes.The performances of the guide in reflection are optimal when the reflection parameter S11 is the lowest possible. In other words, the more the reflection parameter (expressed in dB) increases, the more it means that parasitic reflection phenomena occur and that part of the wave will not be transmitted or propagated towards the output of the waveguide.
Les courbes 211,212,213,214,215,216,217 correspondent respectivement à des rayons de trou de drainage de 0.2mm, 0.3mm ,0.4mm ,0.5mm ,0.6mm,0.7mm et 0.8mm.Curves 211,212,213,214,215,216,217 correspond respectively to drain hole radii of 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm and 0.8mm.
On peut observer que le paramètre S11, exprimé en dB), augmente avec l’augmentation du rayon du trou ce qui signifie également que la part de l’onde réfléchie en entrée du guide augmente avec la taille du trou. Autrement exprimé, le module |S11| du paramètre de réflexion augmente avec l’augmentation du rayon des trous.It can be observed that the parameter S11, expressed in dB), increases with the increase in the radius of the hole, which also means that the part of the wave reflected at the input of the guide increases with the size of the hole. Otherwise expressed, the module |S11| of the reflection parameter increases with the increase in the radius of the holes.
Les résultats de simulation présentés aux figures 2a et 2b permettent de conclure que les performances en transmission et en réflexion restent acceptables pour un trou de drainage ayant un diamètre inférieur ou égal à 0,3λ avec λ la longueur d’onde en espace libre à la fréquence la plus haute visée.The simulation results presented in Figures 2a and 2b lead to the conclusion that the performances in transmission and in reflection remain acceptable for a drainage hole having a diameter less than or equal to 0.3λ with λ the wavelength in free space at the highest target frequency.
L’augmentation du rayon des trous dégradent à la fois l’adaptation (paramètre S11) et la transmission (paramètre S21), cependant les effets sur la transmission sont négligeables pour un diamètre de trou inférieur ou égal à 0,3λ et l’adaptation reste à un niveau suffisamment bas (< - 25 dB).The increase in the radius of the holes degrades both the adaptation (parameter S11) and the transmission (parameter S21), however the effects on the transmission are negligible for a hole diameter less than or equal to 0.3λ and the adaptation remains at a sufficiently low level (< - 25 dB).
Dans un second temps, on cherche à simuler l’impact de plusieurs trous disposés périodiquement sur deux parois opposées du guide comme cela est illustré à la figure 3a.In a second step, we seek to simulate the impact of several holes periodically arranged on two opposite walls of the guide as shown in Figure 3a.
Les figures 3b et 4a représentent une vue en coupe longitudinale selon un plan médian perpendiculaire à l’axe z, du guide d’ondes 300 pour deux configurations d’agencement des trous de drainage. Dans la première configuration 301 représentée à la figure 3b, les trous sont disposés en vis-à-vis des trous de la paroi opposée. Dans la seconde configuration 401 représentée à la figure 4a, les trous sont disposés en « quinconce », c'est-à-dire qu’ils sont en vis-à-vis de la paroi entre deux trous adjacents de la face opposée du guide d’ondes.FIGS. 3b and 4a represent a view in longitudinal section along a median plane perpendicular to the z axis, of the waveguide 300 for two layout configurations of the drainage holes. In the first configuration 301 represented in FIG. 3b, the holes are arranged opposite the holes of the opposite wall. In the second configuration 401 shown in Figure 4a, the holes are arranged in "staggered", that is to say they are vis-à-vis the wall between two adjacent holes of the opposite face of the guide of waves.
Le guide d’ondes de la figure 3b est un guide en bande E, dont la section transversale présente une largeur a=3.1mm et une hauteur b=1.55mm et dont la longueur totale L est égale à 50 mm. Les trous de drainage ont un rayon de 0.5mm. La distance entre deux centres de deux trous adjacents varie de 8.33mm (5 trous par face) à 1.22 mm (40 trous par face).The waveguide of Figure 3b is an E-band guide, whose cross section has a width a=3.1mm and a height b=1.55mm and whose total length L is equal to 50 mm. The drainage holes have a radius of 0.5mm. The distance between two centers of two adjacent holes varies from 8.33mm (5 holes per face) to 1.22 mm (40 holes per face).
La figure 3c représente différents résultats de simulation du paramètre de transmission S21 pour le guide d’ondes de la figure 3b en fonction de la fréquence et pour différents nombres de trous. Les courbes respectives 311,312,313,314,315,316,317,318 correspondent à un nombre de paires de trous respectivement égal à N=5,N=10,N=15,N=20,N=25,N=30,N=35,N=40. Une paire de trous correspond à deux trous disposés respectivement sur deux faces opposées du guide d’ondes.Figure 3c shows different simulation results of the transmission parameter S21 for the waveguide of Figure 3b as a function of frequency and for different numbers of holes. The respective curves 311,312,313,314,315,316,317,318 correspond to a number of pairs of holes respectively equal to N=5,N=10,N=15,N=20,N=25,N=30,N=35,N=40. A pair of holes corresponds to two holes arranged respectively on two opposite faces of the waveguide.
Les courbes de la figure 3c permettent de faire apparaitre une diminution de la transmission pour certaines fréquences et certains nombres N. Par exemple, pour N=15 et une fréquence de 67,5 GHZ, on observe une chute du paramètre de transmission de l’ordre de -2dB.The curves in FIG. 3c make it possible to show a reduction in transmission for certain frequencies and certain numbers N. For example, for N=15 and a frequency of 67.5 GHZ, a drop in the transmission parameter of the order of -2dB.
Par analyse, on peut en déduire qu’une chute du paramètre de transmission apparait lorsque la relation suivante est respectée :By analysis, it can be deduced that a drop in the transmission parameter appears when the following relationship is respected:
λg/2 = L/(N+1) avec L la longueur totale du guide, N le nombre de paires de trous et λgla longueur d’onde guidée, c’est-à-dire la longueur d’onde dans le canal de propagation. Le terme L/(N+1) correspond à la distance d entre deux trous adjacents représentée sur la figure 3b.λ g /2 = L/(N+1) with L the total length of the guide, N the number of pairs of holes and λ g the guided wavelength, i.e. the wavelength in the propagation channel. The term L/(N+1) corresponds to the distance d between two adjacent holes represented in FIG. 3b.
A titre de rappel, la longueur d’onde d’un signal se propageant dans un guide d’onde rectangulaire est exprimée par :As a reminder, the wavelength of a signal propagating in a rectangular waveguide is expressed by:
Oùmetnexprime le mode TE mn du guide,ala largueur etbla hauteur du guide, et
Oùcest la vitesse de la lumière etfla fréquence.where c is the speed of light and f is the frequency.
En se limitant au mode fondamental TE10du guide, l’équation se simplifie :By limiting ourselves to the fundamental mode TE 10 of the waveguide, the equation is simplified:
La figure 3d représente les résultats de simulation du paramètre de réflexion S11. On peut observer une augmentation du paramètre de réflexion pour les mêmes couples (fréquences, nombre de trous) qu’à la figure 3c.Figure 3d shows the simulation results of the reflection parameter S11. An increase in the reflection parameter can be observed for the same pairs (frequencies, number of holes) as in Figure 3c.
De façon générale, une chute du paramètre de transmission ou une augmentation du paramètre de réflexion apparait lorsque la relation suivante est respectée :In general, a drop in the transmission parameter or an increase in the reflection parameter appears when the following relationship is respected:
K*(λg/2) = L/(N+1)=d, avec K un entier naturel non nul.K*(λ g /2) = L/(N+1)=d, with K a nonzero natural integer.
Par exemple pour N=5 on a L/(N+1) = 8.33 mm . Pour une fréquence de 72.3 GHz, 3*λg/2 = 8.37 mm
La figure 4b représente différents résultats de simulation du paramètre de transmission S21 pour le guide d’ondes de la figure 4a en fonction de la fréquence et pour différents nombres de paires de trous.Figure 4b shows different simulation results of the transmission parameter S21 for the waveguide of Figure 4a as a function of frequency and for different numbers of hole pairs.
Le guide d’ondes de la figure 4a est un guide en bande E, dont la section transversale présente une largeur a=3.1mm et une hauteur b=1.55mm et dont la longueur totale L est égale à 50 mm. Les trous de drainage ont un rayon de 0.5mm. La distance entre deux centres de deux trous adjacents varie de 8.33mm (5 trous) à 1.22 mm (40 trous). La distance d’ entre deux trous adjacents est représentée sur la figure 4a, il s’agit de la distance entre deux trous consécutifs quelle que soit la face sur laquelle le trou est disposé. Dans ce cas, d’= L/2*(N+1).The waveguide of Figure 4a is an E-band guide, whose cross section has a width a=3.1mm and a height b=1.55mm and whose total length L is equal to 50 mm. The drainage holes have a radius of 0.5mm. The distance between two centers of two adjacent holes varies from 8.33mm (5 holes) to 1.22 mm (40 holes). The distance between two adjacent holes is shown in Figure 4a, it is the distance between two consecutive holes regardless of the face on which the hole is arranged. In this case, d' = L/2*(N+1).
Les courbes respectives 411,412,413,414,415,416,417,418 correspondent à un nombre de paires de trous respectivement égal à N=5,N=10,N=15,N=20,N=25,N=30,N=35,N=40, autrement dit au nombre de trous sur une face du guide.The respective curves 411,412,413,414,415,416,417,418 correspond to a number of pairs of holes respectively equal to N=5,N=10,N=15,N=20,N=25,N=30,N=35,N=40, in other words the number of holes on one face of the guide.
La figure 4c représente différents résultats de simulation du paramètre de réflexion S11 pour le guide d’ondes de la figure 4a en fonction de la fréquence et pour différents nombres de trous.Figure 4c shows different simulation results of the reflection parameter S11 for the waveguide of Figure 4a as a function of frequency and for different numbers of holes.
Les courbes respectives 421,422,423,424,425,426,427,428 correspondent à un nombre de paires de trous respectivement égal à N=5,N=10,N=15,N=20,N=25,N=30,N=35,N=40, autrement dit au nombre de trous sur une face du guide.The respective curves 421,422,423,424,425,426,427,428 correspond to a number of pairs of holes respectively equal to N=5,N=10,N=15,N=20,N=25,N=30,N=35,N=40, in other words the number of holes on one face of the guide.
Les courbes des figures 4b et 4c permettent de déduire que l’adaptation est fortement dégradée lorsque la relation suivante est respectée :The curves in figures 4b and 4c make it possible to deduce that the adaptation is strongly degraded when the following relation is respected:
K*λg/2= L/2*(N+1)=d’K*λg/2= L/2*(N+1)=d'
Par exemple pour N=10 à 81.3GHz la longueur d’onde guidée est 4.59 mm et la distance dans la direction de propagation entre deux trous successifs est de 2.27mm soit λg/2.For example for N=10 at 81.3GHz the guided wavelength is 4.59 mm and the distance in the direction of propagation between two successive holes is 2.27mm or λg/2.
Pour N=5 la distance dans la direction de propagation entre deux trous successifs est de 4.16mm soit λg/2 à 60.3GHz et λg à 86.8GHz.For N=5 the distance in the direction of propagation between two successive holes is 4.16mm or λg/2 at 60.3GHz and λg at 86.8GHz.
La distance d’= L/2*(N+1) correspond à la distance entre deux trous consécutifs en quinconce sur les deux faces opposées. Autrement dit, la distance d’ correspond à un décalage entre la rangée de trous périodiques de la première face et la rangée de trous périodiques de la seconde face, dans un plan de coupe longitudinal du guide (le plan représenté à la figure 4a).The distance of = L/2*(N+1) corresponds to the distance between two consecutive holes in staggered rows on the two opposite faces. In other words, the distance d' corresponds to an offset between the row of periodic holes on the first face and the row of periodic holes on the second face, in a longitudinal section plane of the guide (the plane represented in FIG. 4a).
A partir des résultats de simulation précédents, on peut en déduire qu’un dimensionnement optimal pour la distance D entre deux trous consécutifs dans la direction de propagation de l’onde dans le guide d’onde est D< λg/2. Selon les cas de figures, la distance D est d ou d’. En effet, en respectant cette règle, on évite une dégradation des paramètres de transmission ou de réflexion pour toutes les fréquences inférieures et on maximise le nombre de trous ce qui permet d’améliorer le procédé de métallisation.From the previous simulation results, it can be deduced that an optimal dimensioning for the distance D between two consecutive holes in the direction of wave propagation in the waveguide is D< λg/2. Depending on the case, the distance D is d or d'. Indeed, by respecting this rule, a degradation of the transmission or reflection parameters is avoided for all the lower frequencies and the number of holes is maximized, which makes it possible to improve the metallization process.
La valeur minimale de la distance D dépend d’une part du diamètre des trous et de la faisabilité technologique pour réaliser des trous de faible dimension.The minimum value of distance D depends on the one hand on the diameter of the holes and on the technological feasibility of making small-sized holes.
Sans sortir du cadre de l’invention, des configurations intermédiaires entre 301 et 401 peuvent être envisagées, c'est-à-dire des configurations pour lesquelles les trous agencés dans une paroi du guide sont disposés partiellement en vis-à-vis des trous de la paroi opposée et des portions de parois entre deux trous de la paroi opposée.Without departing from the scope of the invention, intermediate configurations between 301 and 401 can be envisaged, that is to say configurations for which the holes arranged in a wall of the guide are arranged partially opposite the holes of the opposite wall and wall portions between two holes of the opposite wall.
Un tel exemple est représenté à la figure 5. Dans ce cas de figure, la règle à respecter est que la distance la plus grande d2entre deux trous consécutifs doit être inférieure à λg/2 (d2< λg/2).Such an example is represented in FIG. 5. In this case, the rule to be observed is that the greatest distance d 2 between two consecutive holes must be less than λg/2 (d 2 <λg/2).
Dans tous les cas de figure, la règle de dimensionnement à respecter pour optimiser les performances du guide d’ondes et le processus de métallisation, est que la distance maximale entre deux trous consécutifs selon l’axe de propagation du guide d’onde doit être inférieure à λg/2 à la fréquence maximale.In all cases, the dimensioning rule to be respected in order to optimize the performance of the waveguide and the metallization process, is that the maximum distance between two consecutive holes along the propagation axis of the waveguide must be less than λg/2 at maximum frequency.
Cette distance maximale est égale à d dans le cas de la figure 3b, à d’ dans la figure 4a et à d2dans le cas de la figure 5.This maximum distance is equal to d in the case of figure 3b, to d' in figure 4a and to d 2 in the case of figure 5.
Sans sortir du cadre de l’invention, d’autres règles de dimensionnement permettant d’obtenir des performances de transmission similaires sont possibles.Without departing from the scope of the invention, other dimensioning rules making it possible to obtain similar transmission performances are possible.
En effet, les résultats de simulation décrits précédemment permettent de conclure que, pour éviter des dégradations des paramètres de transmission ou d’adaptation (réflexion) un critère général à respecter est que la distance D (d, d’ ou d2) soit différente de K* λg/2, avec K un entier naturel non nul, à toutes fréquences d’intérêt.In fact, the simulation results described previously make it possible to conclude that, to avoid degradation of the transmission or adaptation (reflection) parameters, a general criterion to be respected is that the distance D (d, d' or d 2 ) be different of K* λg/2, with K a nonzero natural integer, at all frequencies of interest.
Dans ce cas, on peut fixer un critère général défini par la relation suivante :In this case, we can set a general criterion defined by the following relationship:
K*λg > D > (2K-1)*λg/2K*λg > D > (2K-1)*λg/2
En particulier, dans le cas où le guide est utilisé pour fonctionner dans une bande de fréquence étroite il est envisageable de définir une distance D supérieure à λg/2 (de la fréquence maximum de cette bande) sans avoir de pics de réflexion parasites, comme cela a été démontré précédemment.In particular, in the case where the guide is used to operate in a narrow frequency band, it is possible to define a distance D greater than λg/2 (of the maximum frequency of this band) without having parasitic reflection peaks, such as this has been demonstrated previously.
Par exemple, pour une bande de fréquence de 70 à 75GHz dans le guide présenté à la figure 3a (a=3.1 ; b=1.55mm), soit une longueur d’onde guidée de 5.93mm à 5.23mm, si la périodicité des trous est de 4mm, on évite les pics de réflexion parasites.For example, for a frequency band of 70 to 75 GHz in the guide presented in figure 3a (a=3.1; b=1.55mm), i.e. a guided wavelength of 5.93mm to 5.23mm, if the periodicity of the holes is 4mm, parasitic reflection peaks are avoided.
Dans le cas d’un dimensionnement prévu pour une bande de fréquence [Fmin; Fmax] et non une fréquence unique, le critère de dimensionnement à respecter devient: K*λg (Fmax) > D > (2K-1)*λg (Fmin) /2, avec λg (Fmax) la longueur d’onde guidée à la fréquence Fmaxet λg (Fmin) la longueur d’onde guide à la fréquence Fmin.In the case of a dimensioning provided for a frequency band [Fmin; Fmax] and not a single frequency, the dimensioning criterion to be respected becomes: K*λg (F max ) > D > (2K-1)*λg (F min ) /2, with λg (F max ) the length of guided wave at frequency F max and λg (F min ) the guide wavelength at frequency F min .
Ce second critère d’optimisation est sous optimal du point de vue du procédé de métallisation car dans ce cas la densité des trous n’est pas maximale, mais reste optimal du point de vue de la performance électromagnétique du guide d’ondes.This second optimization criterion is suboptimal from the point of view of the metallization process because in this case the density of the holes is not maximum, but remains optimal from the point of view of the electromagnetic performance of the waveguide.
L’invention s’étend aussi à des configurations pour lesquelles deux ou plusieurs lignes de trous sont réalisées sur chaque face du guide.The invention also extends to configurations for which two or more rows of holes are made on each face of the guide.
Comme indiqué en préambule, le corps du guide d’ondes comprenant les trous de drainage peut être fabriqué par une technique de fabrication additive, par exemple une technique de stéréolithographie (SLA), une technique d’impression par traitement numérique de la lumière (Digital Light Processing DLP ou Continuous Digitial Light Processing CDLP), une technique d’impression par dépôt de fil fondu (Fused Deposition Modeling FDM), par jet d’encre (binder jetting), DED (direct energy deposition), EBFF (electron beam freeform fabrication), par aérosols BPM (ballistic particle manufacturing), lit de poudre SLS (selective laser sintering), ALM (additive layer manfuacturing), cette liste n’étant pas exhaustive.As indicated in the preamble, the body of the waveguide comprising the drainage holes can be manufactured by an additive manufacturing technique, for example a stereolithography technique (SLA), a printing technique by digital light processing (Digital Light Processing DLP or Continuous Digital Light Processing CDLP), a printing technique by fused deposition modeling (Fused Deposition Modeling FDM), inkjet (binder jetting), DED (direct energy deposition), EBFF (electron beam freeform manufacturing), by BPM (ballistic particle manufacturing) aerosols, SLS (selective laser sintering) powder bed, ALM (additive layer manufacturing), this list is not exhaustive.
Dans le cas d’une fabrication additive, un modèle numérique 3D, du type fichier CAD peut être utilisé pour définir la surface ou le volume du corps comprenant les trous de drainage.In the case of additive manufacturing, a 3D digital model, of the CAD file type, can be used to define the surface or the volume of the body including the drainage holes.
Ce modèle numérique 3D est ensuite transformé en fichier d’instructions compatible de la technologie de fabrication additive choisie pour contrôler un dispositif de fabrication additive pour réaliser le corps du guide d’ondes.This 3D digital model is then transformed into an instruction file compatible with the chosen additive manufacturing technology to control an additive manufacturing device to produce the body of the waveguide.
RéférencesReferences
[1] Document de référence sur les meilleures techniques disponibles, Traitement de surface des métaux et matières plastiques, aout 2006, commission européenne.[1] Reference document on the best available techniques, Surface treatment of metals and plastics, August 2006, European Commission.
Claims (14)
- fabriquer un corps comportant des parois latérales avec des surfaces externes et internes, une pluralité de trous traversants étant aménagée sur au moins une paroi latérale du corps, les trous étant disposés selon un agencement périodique sur chaque paroi,
- déposer une couche de métal conducteur sur les surfaces internes, par immersion dans un bain chimique.
- fabricating a body having side walls with outer and inner surfaces, a plurality of through holes being provided on at least one side wall of the body, the holes being arranged in a periodic arrangement on each wall,
- deposit a layer of conductive metal on the internal surfaces, by immersion in a chemical bath.
- Recevoir un fichier numérique comprenant des instructions de code pour le contrôle d’un dispositif de fabrication additive, lorsque les instructions de code sont exécutées par un processeur,
- Contrôler le dispositif de fabrication additive à partir du fichier numérique pour fabriquer ledit corps
- Receive a digital file comprising code instructions for controlling an additive manufacturing device, when the code instructions are executed by a processor,
- Control the additive manufacturing device from the digital file to manufacture said body
- Recevoir un fichier numérique représentant un modèle 3D dudit corps,
- Contrôler un dispositif de fabrication additive pour fabriquer ledit corps selon le modèle 3D spécifié dans le fichier numérique.
- Receive a digital file representing a 3D model of said body,
- Control an additive manufacturing device to manufacture said body according to the 3D model specified in the digital file.
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