FR3115405A1 - Systeme antennaire, procede de fabrication, procede d'optimisation et dispositifs associes - Google Patents

Abstract

Système antennaire , procédé de fabrication, procédé d’optimisation et dispositifs associés La présente invention concerne un système antennaire (40) comportant au moins une partie qui est une structure alvéolaire (10) de type nid d’abeille s’étendant entre deux faces d’extrémité, la structure alvéolaire (10) comprenant des alvéoles (12) tubulaires, chaque alvéole (12) comportant une pluralité de parois délimitant ladite alvéole (12), les parois s’étendant entre les deux faces d’extrémité, les parois étant formées d’un matériau diélectrique, au moins une alvéole (12) comportant au moins une bande (16) de revêtement électriquement conducteur disposée dans au moins une paroi ou sur une surface d’au moins une paroi, les parois étant transparentes, la partie de système antennaire (40) présentant des paramètres choisis pour que le système antennaire (40) présente une transmittance optique d’au moins 80% pour une onde visible et ayant une incidence normale à un plan parallèle au moins l’une des deux faces d’extrémité. Figure pour l'abrégé : figure 25

Description

Système antennaire, procédé de fabrication, procédé d’optimisation et dispositifs associés

DOMAINE DE L’INVENTION

La présente invention concerne la fonctionnalisation radiofréquence d’éléments structuraux composites intégrant des éléments d’âme sous forme de nid d’abeille, afin de leur conférer différentes fonctionnalités, par exemple des fonctions absorbantes, communicantes, réflectrices et/ou focalisantes aux ondes électromagnétiques. La présente invention se rapporte aussi à des procédés et des dispositifs associés, à savoir un procédé de fabrication, un procédé d’optimisation, une structure composite, un produit programme d’ordinateur et un support lisible d’information.

ARRIERE-PLAN DE L’INVENTION

Que ce soit dans le transport maritime, ferroviaire ou aérien, les besoins en connectivité des véhicules et porteurs utilisés (mobiles ou statiques) sont de plus en plus importants. Ceci implique l’emploi de dispositifs interagissant avec l’environnement électromagnétique comme des antennes, des dispositifs absorbants, des dispositifs de blindage électromagnétique, des réflecteurs ou des lentilles de plus en plus performants.

Une telle performance s’accompagne généralement d’une augmentation de la masse de ces dispositifs et d’une complexification de l’intégration de ces dispositifs dans le véhicule ou le porteur.

En particulier, il est connu d’ajouter des appendices supplémentaires au véhicule ou au porteur pour positionner les dispositifs.

Toutefois, lorsque le caractère aérodynamique est concerné, l’augmentation en masse et l’ajout d’appendices supplémentaires impactent très négativement l’aérodynamique et les capacités de ces porteurs.

Il existe donc un besoin pour des dispositifs propres à interagir avec les ondes électromagnétiques permettant une meilleure intégration dans un porteur.

A cet effet, la description porte sur un système antennaire comportant au moins une partie qui est une structure alvéolaire de type nid d’abeille s’étendant entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité, la structure alvéolaire comprenant une pluralité d’alvéoles tubulaires, chaque alvéole comportant une pluralité de parois délimitant ladite alvéole, les parois s’étendant de la première face d’extrémité à la deuxième face d’extrémité, les parois étant formées d’un matériau diélectrique, au moins une alvéole comportant au moins une bande de revêtement électriquement conducteur disposée dans au moins une paroi ou sur une surface d’au moins une paroi, la pluralité de parois étant transparente, la partie de système antennaire présentant des paramètres, les paramètres étant choisis pour que le système antennaire présente une transmittance optique d’au moins 80% pour une onde électromagnétique appartenant au domaine du visible et ayant une incidence sensiblement normale à un plan parallèle à au moins l’une des deux faces d’extrémité.

Selon des modes de réalisation particuliers, le système antennaire présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

- les paramètres sont les paramètres diélectriques et géométriques de chaque alvéole et les paramètres électriques et géométriques de chaque bande.

- la partie du système antennaire est choisie parmi une antenne et un plan réflecteur.

- le système antennaire est choisi parmi une antenne filaire, une antenne patch et une antenne à plan réflecteur.

- le système antennaire comprend, en outre, une bande complémentaire de revêtement électriquement conducteur disposée dans au moins une paroi ou sur une surface d’au moins une paroi, la bande complémentaire étant disposée entre l’au moins une bande de revêtement et une face d’extrémité de façon à former un plan de masse et/ou un plan réflecteur pour le système antennaire.

- au moins une bande présente une hauteur définie pour chaque alvéole, ladite hauteur de la bande variant entre 10 micromètres à la hauteur de l’alvéole comportant la paroi dans ou sur laquelle est disposée la bande, ladite hauteur de la bande variant de préférence entre 10 micromètres et 500 micromètres.

- la partie présente des paramètres, les paramètres étant choisis pour que le système antennaire présente un diagramme de rayonnement souhaité.

- le diagramme de rayonnement est tel que chaque alvéole en combinaison avec les autres alvéoles de la pluralité présente un rayonnement de type sectoriel grâce à l’alimentation des éléments antennaires selon une loi en sinus cardinal.

La description décrit également un procédé de fabrication d’un système antennaire comportant au moins une partie qui est une structure alvéolaire de type nid d’abeille s’étendant entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité, la partie de système antennaire présentant des paramètres, les paramètres étant choisis pour que le système antennaire présente une transmittance optique d’au moins 80% pour une onde électromagnétique appartenant au domaine du visible et ayant une incidence sensiblement normale au premier plan, le procédé comprenant, pour chaque plot, les étapes d’impression de bandes de revêtement électriquement conducteur, de dépose d’une couche d’adhésif sur une surface d’au moins une lame en matériau diélectrique, de collage des lames sur les couches d’adhésif, d’assemblage des lames pour former une pluralité d’alvéoles tubulaires, chaque alvéole comportant une pluralité de parois délimitant ladite alvéole, les parois s’étendant d’une première face d’extrémité à une deuxième face d’extrémité de la structure alvéolaire de type nid d’abeille s’étendant entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité, d’expansion des lames assemblées, pour obtenir une structure à figer, et de cuisson de la structure à figer pour obtenir le système antennaire final.

La description se rapporte également à un procédé d’optimisation d’un système antennaire comportant au moins une partie qui est une structure alvéolaire de type nid d’abeille s’étendant entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité, la partie de système antennaire présentant des paramètres, les paramètres étant choisis pour que le système antennaire présente une transmittance optique d’au moins 80% pour une onde électromagnétique appartenant au domaine du visible et ayant une incidence sensiblement normale à un plan parallèle à au moins l’une des deux faces d’extrémité, le procédé comportant une étape de choix de paramètres initiaux pour la partie de système antennaire, et d’optimisation des paramètres de partie de système antennaire selon une technique d’optimisation mise en œuvre par itérations successives sur des jeux de paramètres courants, le premier jeu de paramètres étant l’ensemble des paramètres initiaux et le jeu de paramètres d’une itération étant le jeu de paramètres obtenu à l’itération précédente, la technique d’optimisation étant mise en œuvre sous la contrainte qu’une partie de système antennaire présente une transmittance optique d’au moins 80% pour une onde électromagnétique appartenant au domaine du visible et ayant une incidence sensiblement normale à un plan parallèle à au moins l’une des deux faces d’extrémité.

La description décrit également une structure absorbante, la structure absorbante étant une structure alvéolaire de type nid d’abeille s’étendant entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité, la structure alvéolaire comprenant une pluralité d’alvéoles tubulaires, chaque alvéole comportant une pluralité de parois délimitant ladite alvéole, les parois s’étendant de la première face d’extrémité à la deuxième face d’extrémité, les parois étant formées d’un matériau diélectrique, au moins une alvéole comportant au moins une bande de revêtement électriquement conducteur disposée dans au moins une paroi ou sur une surface d’au moins une paroi, la structure alvéolaire étant caractérisée par des paramètres, les paramètres de la structure alvéolaire étant choisis pour que la structure absorbante procure une atténuation d’au moins 10 dB pour chaque onde incidente d’une gamme de fréquences présentant une étendue en fréquence supérieure ou égale à 15 GHz.

Selon des modes de réalisation particuliers, la structure absorbante présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

- les paramètres sont les paramètres diélectriques et géométriques de chaque alvéole et les paramètres électriques et géométriques de chaque bande.

- l’au moins une alvéole comporte deux bandes de revêtement distinctes présentant une résistance par carré distincte.

- lorsque la paroi de l’alvéole est parcourue dans une direction perpendiculaire au plan parallèle à au moins l’une des deux faces d’extrémité, la variation de la résistance par carré des bandes est strictement monotone.

- lorsque la paroi de l’alvéole est parcourue dans une direction perpendiculaire au plan, la résistance par carré de deux bandes contigües diffère d’un intervalle de résistance par carré compris entre 10 Ohms/sq et 500 Ohms/sq, de préférence entre 50 Ohms/sq et 150 Ohms/sq.

- au moins une bande présente une hauteur, ladite hauteur variant selon une direction perpendiculaire au plan.

- la largeur de la bande varie selon une variation en marches d’escalier ou selon une variation strictement monotone dans une direction perpendiculaire au plan.

- l’espace entre deux bandes contigües est compris entre 100 micromètres et 1000 micromètres, de préférence entre 400 micromètres et 600 micromètres.

- la hauteur de la paroi selon une direction perpendiculaire au plan est comprise entre 5 millimètres et 50 millimètres, de préférence entre 7 millimètres et 25 millimètres.

La description concerne aussi une structure composite sandwich comprenant une âme interposée entre une première peau et une deuxième peau, ladite âme comportant au moins une structure absorbante telle que précédemment décrite.

La description décrit également un procédé de fabrication d’une structure absorbante, la structure absorbante étant une structure alvéolaire, la structure alvéolaire étant caractérisée par des paramètres, les paramètres étant choisis pour que la structure absorbante procure une atténuation d’au moins 10 dB pour chaque onde incidente d’une gamme de fréquences présentant une étendue en fréquence supérieure ou égale à 15 GHz, le procédé comprenant les étapes d’impression de bandes de revêtement électriquement conducteur, de dépose d’une couche d’adhésif sur une surface d’au moins une lame en matériau diélectrique, de collage des lames sur les couches d’adhésif, d’assemblage des lames pour former une pluralité d’alvéoles tubulaires, chaque alvéole comportant une pluralité de parois délimitant ladite alvéole, les parois s’étendant d’une première face d’extrémité à une deuxième face d’extrémité de la structure alvéolaire de type nid d’abeille s’étendant entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité, d’expansion des lames assemblées, pour obtenir une structure à figer, et de cuisson de la structure à figer pour obtenir la structure absorbante finale.

La description concerne aussi un procédé d’optimisation d’une structure absorbante, la structure absorbante étant une structure alvéolaire de type nid d’abeille s’étendant entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité, la structure alvéolaire comprenant une pluralité d’alvéoles tubulaires, chaque alvéole comportant une pluralité de parois délimitant ladite alvéole, les parois s’étendant de la première face d’extrémité à la deuxième face d’extrémité, les parois étant formées d’un matériau diélectrique, au moins une alvéole comportant au moins une bande de revêtement électriquement conducteur disposée dans au moins une paroi ou sur une surface d’au moins une paroi, la structure alvéolaire étant caractérisée par des paramètres, le procédé comportant une étape de choix de paramètres initiaux pour la structure alvéolaire, et une étape d’optimisation des paramètres de la structure alvéolaire selon une technique d’optimisation mise en œuvre par itérations successives sur des jeux de paramètres courants, le premier jeu de paramètres étant l’ensemble des paramètres initiaux et le jeu de paramètres d’une itération étant le jeu de paramètres obtenu à l’itération précédente, la technique d’optimisation étant mise en œuvre sous la contrainte que la structure absorbante procure une atténuation d’au moins 10 dB pour chaque onde incidente d’une gamme de fréquences présentant une étendue en fréquence supérieure ou égale à 15 GHz.

La description porte également sur une lentille radiofréquence comprenant une pluralité de plots conducteurs, chaque plot étant un ensemble alvéolaire comportant au moins une alvéole tubulaire, chaque alvéole comportant une pluralité de parois délimitant ladite alvéole, les parois s’étendant d’une première face d’extrémité à une deuxième face d’extrémité, les parois étant formées d’un matériau diélectrique, au moins une alvéole comportant au moins une bande de revêtement électriquement conducteur disposée dans au moins une paroi ou sur une surface d’au moins une paroi, chaque ensemble alvéolaire présentant des paramètres, les paramètres de chaque ensemble alvéolaire étant choisis pour que la lentille radiofréquence présente une variation spatiale d’indice de réfraction effectif prédéfinie.

Selon des modes de réalisation particuliers, la lentille radiofréquence présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

- la lentille présente un centre et la variation spatiale de l’indice de réfraction effectif correspond à un gradient depuis le centre de la lentille.

- les plots sont répartis en plusieurs zones, les paramètres des ensembles alvéolaires d’une même zone étant identiques.

- les zones sont concentriques.

- les paramètres de chaque ensemble alvéolaire sont choisis pour que la lentille présente un gain supérieur à 5 dBi sur une plage allant de 8 GigaHertz à 12 GigaHertz.

- les paramètres de chaque ensemble alvéolaire sont les paramètres diélectriques et géométriques de chaque alvéole et les paramètres électriques et géométriques de chaque bande.

La description décrit également un procédé de fabrication d’une lentille radiofréquence comprenant une pluralité de plots conducteurs, chaque plot étant un ensemble alvéolaire, chaque ensemble alvéolaire présentant des paramètres, les paramètres étant choisis pour que la lentille radiofréquence présente une variation spatiale d’indice de réfraction effectif prédéfinie, le procédé comprenant, pour chaque plot, les étapes d’impression de bandes de revêtement électriquement conducteur, de dépose d’une couche d’adhésif sur une surface d’au moins une lame en matériau diélectrique, de collage des lames sur les couches d’adhésif, d’assemblage des lames pour former une pluralité d’alvéoles tubulaires, chaque alvéole comportant une pluralité de parois délimitant ladite alvéole, les parois s’étendant d’une première face d’extrémité à une deuxième face d’extrémité de la structure alvéolaire de type nid d’abeille s’étendant entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité, d’expansion des lames assemblées, pour obtenir une structure à figer, et de cuisson de la structure à figer pour obtenir la lentille radiofréquence finale.

La description concerne aussi un procédé d’optimisation d’une lentille radiofréquence comprenant une pluralité de plots conducteurs, chaque plot étant un ensemble alvéolaire comportant au moins une alvéole tubulaire, chaque alvéole comportant une pluralité de parois délimitant ladite alvéole, les parois s’étendant d’une première face d’extrémité à une deuxième face d’extrémité, les parois étant formées d’un matériau diélectrique, au moins une alvéole comportant au moins une bande de revêtement électriquement conducteur disposée dans au moins une paroi ou sur une surface d’au moins une paroi, chaque ensemble alvéolaire présentant des paramètres, le procédé comportant une étape de choix de paramètres initiaux pour la lentille radiofréquence, et une étape d’optimisation des paramètres de chaque ensemble alvéolaire selon une technique d’optimisation mise en œuvre par itérations successives sur des jeux de paramètres courants, le premier jeu de paramètres étant l’ensemble des paramètres initiaux et le jeu de paramètres d’une itération étant le jeu de paramètres obtenu à l’itération précédente, la technique d’optimisation étant mise en œuvre sous la contrainte que la lentille radiofréquence présente une variation spatiale d’indice effectif de réfraction prédéfinie.

La description se rapporte également à un produit programme d’ordinateur comportant un support lisible d’informations, sur lequel est mémorisé un programme d’ordinateur comprenant des instructions de programme, le programme d’ordinateur étant chargeable sur une unité de traitement de données et mettant en œuvre un procédé d’optimisation selon la revendication lorsque le programme d’ordinateur est mis en œuvre sur l’unité de traitement des données.

La description concerne aussi un support lisible d’informations comportant des instructions de programme formant un programme d’ordinateur, le programme d’ordinateur étant chargeable sur une unité de traitement de données et mettant en œuvre un procédé d’optimisation tel que précédemment décrit lorsque le programme d’ordinateur est mis en œuvre sur l’unité de traitement de données.

Dans la présente description, l’expression « propre à » signifie indifféremment « adapté pour », « adapté à » ou « configuré pour ».

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

Des caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

- la est une représentation schématique tridimensionnelle d’une structure alvéolaire,

- la est une représentation schématique en vue de dessus d’une alvéole d’une structure alvéolaire,

- la est une représentation schématique en vue tridimensionnelle agrandie d’un élément de paroi d’une alvéole d’une structure alvéolaire,

- les figures 4 à 11 sont des figures obtenues dans le cadre d’expériences portant sur des structures absorbantes comportant une structure alvéolaire du type de celles des figures 1 à 3,

- les figures 12 à 17 sont des figures obtenues dans le cadre d’expériences portant sur des lentilles radiofréquences comportant une structure alvéolaire du type de celles des figures 1 à 3, et

- les figures 18 à 26 sont des figures obtenues dans le cadre d’expériences portant sur des systèmes antennaires comportant une structure alvéolaire du type de celles des figures 1 à 3.

DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PREFERES

L’ensemble des dispositifs interagissant avec des ondes électromagnétiques qui vont être décrits dans ce qui suit ont un point commun : ils sont tous réalisés au moins en partie sur la base de la même structure, dite structure de base.

En effet, le demandeur a constaté qu’une structure de base spécifique est très avantageuse pour des dispositifs interagissant avec des ondes électromagnétiques. Cette structure de base est une structure alvéolaire qui est présentée dans un premier temps.

Dans un second temps, l’intérêt de la structure alvéolaire est montré pour trois dispositifs distincts : une structure absorbante, une partie de système antennaire et une lentille radiofréquence.

STRUCTURE ALVEOLAIRE

Une structure alvéolaire 10 est représentée partiellement sur les figures 1 à 3. La est une représentation en trois dimensions, la une vue de dessus d’une partie de la structure alvéolaire 10 et la une vue tridimensionnelle agrandie d’une autre partie de la structure alvéolaire 10.

La structure alvéolaire 10 est de type nid d’abeille ou nida, les deux termes étant équivalents.

La structure alvéolaire 10 s’étend entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité non représentées sur la pour rendre l’intérieur de la structure alvéolaire 10 visible.

Selon l’exemple proposé, les faces d’extrémité sont supposées parallèles mais ce n’est pas obligatoire.

Lorsque la structure alvéolaire 10 est montée comme une âme interposée entre deux peaux, l’ensemble de la structure alvéolaire 10 et des peaux forme une structure composite sandwich.

Dans l’exemple proposé, les première et deuxième faces d'extrémité sont destinées à être agencées pour s'étendre dans des plans parallèles aux peaux. Les première et deuxième faces d'extrémité sont par exemple contiguës à la première et à la deuxième peau respectivement.

Par la suite, un plan longitudinal est un plan parallèle aux première et deuxième surfaces d'extrémité et un plan transversal est un plan orthogonal aux première et deuxième surfaces d'extrémité.

Similairement, il est défini une première direction longitudinale notée X dans un plan longitudinal, une deuxième direction longitudinale notée Y et perpendiculaire à la première direction longitudinale X dans le même plan longitudinal et une direction transversale notée Z qui est orthogonale aux deux directions longitudinales X et Y.

Comme visible sur la , la structure alvéolaire 10 comprend une pluralité d’alvéoles 12.

Les alvéoles 12 sont contiguës les unes aux autres, en formant un pavage de préférence régulier.

Chaque alvéole 12 s’étend entre la première face d’extrémité et la deuxième face d’extrémité.

Chaque alvéole 12 comprend une pluralité de parois 14 délimitant cette alvéole 12, chaque paroi 14 s'étendant transversalement de la première face d'extrémité à la deuxième face d'extrémité.

Chaque alvéole 12 est tubulaire et peut présenter une section polygonale selon un plan longitudinal.

Ainsi, dans l’exemple proposé, chaque alvéole 12 est tubulaire à section polygonale.

Dans le cas de la , la section polygonale est constante lorsque l’alvéole 12 est parcourue le long de la direction transversale.

Dans l'exemple illustré, pour simplifier, la section longitudinale de chaque alvéole 12 est un hexagone régulier mais pour les exemples de dispositif, la section longitudinale est un hexagone non régulier.

Cela implique que chaque alvéole 12 est délimitée par six parois 14, certaines parois 14 étant communes avec d’autres alvéoles 12.

En variante, la section d’une alvéole 12 est, par exemple, de géométrie carrée, rectangulaire, circulaire ou elliptique.

Les parois 14 sont formées d’un matériau diélectrique.

Le matériau diélectrique est, par exemple, une feuille aramide, ou un papier cellulose ou encore un matériau thermoplastique tel que du polyéthylène, du polypropylène, du polyimide, du polycarbonate ou du polytéréphtalate d’éthylène.

Comme visible dans la vue agrandie de la , au moins une alvéole 12 comporte au moins une bande 16 de revêtement électriquement conducteur disposée dans au moins une paroi 14 ou sur une surface d’au moins une paroi 14.

La bande 16 de revêtement électriquement conducteur est, par exemple, en un matériau métallique ou un matériau organique conducteur.

Un matériau organique est un matériau comprenant au moins une liaison faisant partie du groupe constitué par les liaisons covalentes entre un atome de carbone et un atome d’hydrogène, les liaisons covalentes entre un atome de carbone et un atome d’azote, ou encore des liaisons entre un atome de carbone et un atome d’oxygène. La polyaniline ou le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) : poly(styrène sulfonate) (aussi noté PEDOT/PSS) sont deux exemples particuliers de matériaux organiques conducteurs.

En particulier, des encres conductrices à faible résistivité chargées par des particules sont envisageables.

Des particules de taille micrométrique (chaque dimension inférieure à 1 mm) et nanométriques (chaque dimension inférieure à 1 µm) sont des exemples de telles particules.

Lesdites particules sont, par exemple, de l’argent, du cuivre, de l’or, de l’aluminium, du noir de carbone, du graphène, des nanotubes de carbone ou bien un mélange des éléments précédents.

Autrement formulé, les faces internes et/ou externes des alvéoles 12 sont rendues radioélectriquement fonctionnelles, en particulier conductrices par dépôt d’un revêtement électriquement conducteur.

Selon les cas, la bande 16 peut s’étendre sur tout ou partie de la paroi 14.

De telles bandes 16 peuvent être obtenues par des procédés de fabrication soustractive (gravure chimique notamment) ou additive. La sérigraphie est privilégiée sans pour autant être exclusive.

Dans chacun des cas, la réalisation de la bande 16 reste aisée comme le prouve la description qui suit d’un exemple de procédé de fabrication d’une structure alvéolaire 10 utilisant une technique de sérigraphie.

Le procédé de fabrication comporte d’abord une étape d’impression de bandes 16 de revêtement électriquement conducteur.

Le dépôt par sérigraphie se fait via un masque précis dont l’image est gravée à l’aide d’un capillaire photosensible insolé sur une toile. L’ensemble toile insolée et cadre forme l’écran de sérigraphie. La nature du capillaire et de la toile vont permettre de maîtriser l’épaisseur des dépôts et leurs géométries.

Il est à noter que, pour des motifs complexes, plusieurs masques peuvent être utilisés.

Le dépôt comporte aussi une opération de tirage durant laquelle une racle mise en pression sur la toile est déplacée selon une translation horizontale. L’encre est alors transférée du dessus de l’écran sur le support au travers des pores débouchés de l’écran.

Une couche d’adhésif est ensuite déposée sur une surface d’au moins une lame en matériau diélectrique.

Il est à noter que l’adhésif est selon les cas, rapporté sous forme de double face, un adhésif transfert ou un adhésif imprimé.

La nature de l’adhésif est choisie en fonction de la structure alvéolaire 10 à réaliser.

Puis, le procédé comporte une étape de collage des lames en matériau diélectrique comportant les bandes 16 imprimées.

Alternativement, d’autres méthodes telles que la soudure par ultrasons sont envisageables à la place de l’emploi d’une couche adhésive.

Les lames sont ensuite assemblées pour former la pluralité d’alvéoles 12 tubulaires à section polygonale.

Plus précisément, il est obtenu un empilement de feuilles.

Le procédé comporte également une étape d’expansion des lames assemblées, pour obtenir une structure à figer. Cette étape d’expansion peut avoir lieu à atmosphère contrôlée.

En particulier, la température, l’humidité, la force d’étirement ou la vitesse d’étirement peuvent être contrôlées.

La structure à figer est ensuite cuite lors d’une étape de cuisson pour obtenir la structure alvéolaire 10 finale.

Eventuellement, pour améliorer certaines propriétés de la structure alvéolaire 10 (mécanique ou thermique), un trempage (notamment dans un bain de résine), un dépôt chimique sous vide ou un dépôt physique sous vide sont mis en œuvre.

Cela permet d’obtenir une structure alvéolaire 10 adaptée pour être intégrée entre deux peaux pour former une structure composite sandwich.

Le comportement du point de vue électromagnétique d’une telle structure est contrôlable par un choix adapté des paramètres de la structure alvéolaire 10, paramètres qui sont multiples comme le montrent les exemples qui suivent.

Un premier exemple de paramètre pour la structure alvéolaire 10 est un paramètre de géométrie de chaque alvéole 12.

Selon la , plusieurs paramètres peuvent être envisagés pour la géométrie d’une alvéole 12.

Par exemple, on peut caractériser la géométrie par le diamètre Φ du cercle inscriptible le plus grand dans la surface interne de l’alvéole 12.

Une autre manière de caractériser la géométrie est de fournir la dimension d’une paroi 14 dans une direction longitudinale. Cette dimension sera appelée « largeur » dans ce qui suit.

Encore une autre manière est de fournir des angles comme l’angle formé par une paroi 14 et une des directions longitudinales, par exemple l’angle θ correspondant à l’angle entre la paroi 14 et la direction longitudinale Y.

Dans le cas d’un hexagone non régulier, il pourra être fourni deux angles successifs entre deux côtés, le premier angle est appelé α et le deuxième angle est appelé β. Ces angles sont indiqués sur la à titre indicatif.

Alternativement ou en complément, l’épaisseur d’une paroi t ou t’ (dimension dans la direction perpendiculaire à celle de la largeur) est un autre exemple de paramètre permettant de caractériser la géométrie d’une alvéole 12.

Similairement, la dimension le long de la direction transversale Z est un autre paramètre indépendant des autres paramètres précédents. Cette dimension sera appelée « hauteur » dans ce qui suit.

Un deuxième exemple de paramètre est un paramètre électrique d’une bande 16.

Typiquement, une valeur de conductivité, une valeur de résistivité électrique ou encore une valeur de résistance par carré de la bande 16 est un exemple particulier de paramètre électrique.

Des paramètres similaires à ceux qui viennent d’être évoqués pour une paroi 14 peuvent être envisagés comme paramètre géométrique d’une bande 16.

La disposition relative des bandes 16 par rapport aux parois 14 est un autre paramètre susceptible d’influencer le comportement de la structure alvéolaire 10.

En effet, comme indiqué précédemment, la bande 16 n’est pas nécessairement imprimée sur toute la hauteur de l’alvéole 12.

Un quatrième exemple de paramètre est relatif aux matériaux employés, notamment pour réaliser les parois 14.

Autrement formulé, il est possible par le biais de la détermination de ces paramètres d’obtenir des propriétés d’émission, de transmission ou d’absorption électromagnétique souhaitées pour la structure alvéolaire 10.

Pour cela, il suffira de mettre en œuvre un procédé d’optimisation comportant d’abord une étape de choix de paramètres initiaux pour la structure alvéolaire 10. Cette étape de choix peut être réalisée par un choix aléatoire mais préférentiellement, il sera choisi des paramètres moyens par rapport à l’excursion possible des différents paramètres.

Le procédé d’optimisation comporte ensuite une étape d’optimisation durant laquelle les paramètres de la structure alvéolaire 10 sont optimisés selon une technique d’optimisation mise en œuvre par itérations successives sur des jeux de paramètres courants, le premier jeu de paramètres étant l’ensemble des paramètres initiaux et le jeu de paramètres d’une itération étant le jeu de paramètres obtenu à l’itération précédente, la technique d’optimisation étant mise en œuvre sous la contrainte que la structure alvéolaire 10 ou le dispositif comportant la structure alvéolaire 10 présente les propriétés d’émission électromagnétique, de transmission électromagnétique ou d’absorption électromagnétique souhaitées.

Un tel procédé est un procédé mis en œuvre par ordinateur.

A titre d’exemple particulier, cela signifie que l’interaction d’un produit programme d’ordinateur avec un ordinateur permet de mettre en œuvre le procédé d’optimisation.

Plus généralement, l’ordinateur est un calculateur électronique propre à manipuler et/ou transformer des données représentées comme des quantités électroniques ou physiques dans des registres du calculateur et/ou des mémoires en d’autres données similaires correspondant à des données physiques dans des mémoires, des registres ou d’autres types de dispositifs d’affichage, de transmission ou de mémorisation.

L’ordinateur comporte un processeur comprenant une unité de traitement de données, des mémoires et un lecteur de support d’informations. Le calculateur comprend également un clavier et une unité d’affichage.

Le produit programme d’ordinateur comporte un support lisible d’informations.

Un support lisible d’informations est un support lisible par le calculateur, usuellement par le lecteur. Le support lisible d’informations est un médium adapté à mémoriser des instructions électroniques et capable d’être couplé à un bus d’un système informatique.

A titre d’exemple, le support lisible d’informations est une disquette ou disque souple (de la dénomination anglaise de « floppy disk »), un disque optique, un CD-ROM, un disque magnéto-optique, une mémoire ROM, une mémoire RAM, une mémoire EPROM, une mémoire EEPROM, une carte magnétique ou une carte optique.

Sur le support lisible d’informations est mémorisé un programme d’ordinateur comprenant des instructions de programme.

Le programme d’ordinateur est chargeable sur l’unité de traitement de données et est adapté pour entraîner la mise en œuvre du procédé d’optimisation.

Ainsi, via l’utilisation du procédé d’optimisation, il est possible de contrôler les propriétés électromagnétiques d’une structure alvéolaire 10.

Cela rend possible son utilisation pour plusieurs applications qui sont maintenant présentées de manière successive.

UTILISATION DE LA STRUCTURE ALVEOLAIRE POUR REALISER UNE STRUCTURE ABSORBANTE

Une première utilisation astucieuse de la structure alvéolaire 10 qui vient d’être présentée est son emploi pour réaliser une structure absorbante 20 pour les ondes électromagnétiques et plus spécifiquement les ondes radiofréquences.

La structure absorbante 20 est alors formée par la structure alvéolaire 10 utilisée alors pour ses propriétés d’absorption.

Pour montrer qu’il est possible d’obtenir une structure absorbante 20 efficace, plusieurs exemples spécifiques sont maintenant décrits en référence aux figures 5 à 11.

EXEMPLE 1

Dans le cas de l’exemple 1, une seule bande 16 de revêtement électriquement conducteur recouvre l’intégralité des parois 14.

La bande 16 de revêtement présente une résistance par carré de 900 Ohm par carré (Ω/sq).

En outre, la hauteur de chaque alvéole 12 est de 11 millimètres (mm).

Concernant les autres paramètres, l’espace interalvéole (distance entre deux alvéoles 12 contigües d’une même ligne) est de 10 mm, l’angle α d’une alvéole 12 de 70°, l’angle β d’une alvéole 12 de 145°, la longueur d’une face d’extrémité sur laquelle repose la structure alvéolaire 10 est de 72,54 mm et la largeur de ladite face d’extrémité est de 23,44 mm.

Les performances de la structure absorbante 20 apparaissent sur la qui est un graphe présentant l’évolution de l’atténuation en réflectivité apportée par la structure absorbante 20 en fonction de la fréquence.

La structure absorbante 20 présente une atténuation de 10 dB sur une large bande fréquentielle (de l’ordre de 16 GHz, traits mixtes) avec des niveaux d’atténuation nettement supérieurs à ceux connus dans l’état de la technique (trait plein).

EXEMPLE 2

Le deuxième exemple correspond à la structure représentée sur la .

Dans un tel exemple, chaque alvéole 12 comporte trois bandes 16 de revêtement distinctes présentant une résistance par carré distincte mais de même épaisseur.

De plus, la variation de la résistance par carré des bandes 16 est strictement monotone lorsque la paroi 14 de l’alvéole 12 est parcourue dans la direction transversale.

En ce sens, un tel exemple correspond au dépôt de revêtements électriquement conducteurs à gradient.

Selon l’exemple proposé, l’intervalle de résistance par carré entre deux bandes 16 contigües est le même et égal à 100 Ω/sq.

Plus précisément, depuis la bande 16 la plus éloignée de la face extérieure sur laquelle repose la structure alvéolaire 10, la première bande 16 présente une résistance par carré de 300 Ω/sq, la deuxième bande 16 présente une résistance par carré de 400 Ω/sq et la troisième bande 16 présente une résistance par carré de 500 Ω/sq.

Chaque bande 16 présente aussi une même hauteur de 3,3 mm.

Il est également à noter que l’espace 18 entre deux bandes 16 contigües est identique et est égal à 500 micromètres (µm).

Concernant les autres paramètres, la hauteur de chaque alvéole 12 est de 10,9 mm, l’espace interalvéole est de 10 mm, l’angle α d’une alvéole 12 est de 70°, l’angle β d’une alvéole 12 est de 145°, la longueur de la face d’extrémité est de 72,54 mm et la largeur de la face d’extrémité est de 23,44 mm.

Les deux graphes de la présentent l’évolution de l’absorption de la structure selon l’exemple 2 en incidence normale (graphe du haut) et en incidence oblique (graphe du bas). Dans le cas de l’incidence oblique, trois courbes sont représentées : une première courbe en traits pleins correspondant à l’incidence normale (0°), une deuxième courbe en traits pointillés correspondant à une incidence de ±20° et une troisième courbe en traits mixtes correspondant à une incidence de ±40°.

Il est à noter que, dans tous les cas, la structure absorbante 20 présente une atténuation de 10 dB sur une très large bande fréquentielle (de l’ordre de 25 GHz) comparativement à celle de l’exemple 1. Cette largeur de bande fréquentielle est obtenue par l’augmentation de l’atténuation de la structure absorbante 20 aux basses fréquences liée à la présence du gradient de résistance par carré.

Par ailleurs, les performances de la structure absorbante 20 s’améliorent avec l’incidence et la diminution de la fréquence.

EXEMPLE 3

La structure absorbante 20 selon le troisième exemple présente les mêmes caractéristiques que celle du deuxième exemple qui ne sont pas répétées, de sorte que seules les différences avec la structure absorbante 20 du deuxième exemple sont maintenant décrites.

Une quatrième bande 16 additionnelle est ajoutée en plus des trois bandes 16. Cette quatrième bande 16 présente une résistance par carré de 200 Ω/sq et est placée au-dessus de la première bande 16.

Par ailleurs, les hauteurs des bandes 16 et la hauteur de l’alvéole 12 sont différentes par rapport au deuxième exemple.

Plus précisément, la hauteur des première, deuxième et quatrième bandes 16 est de 4,9 mm et la hauteur de la troisième bande 16 est de 3,9 mm.

Il en résulte que la hauteur de l’alvéole 12 est de 20,1 mm. La longueur de la face d’extrémité est de 72,54 mm et la largeur de la face d’extrémité est de 23,34 mm.

Les deux graphes de la présentent l’évolution de l’absorption de la structure selon l’exemple 3 en incidence normale (graphe du haut) et en incidence oblique (graphe du bas).

L’analyse des graphes de cette montre que le niveau de performances de la structure absorbante 20 est très sensiblement accru par rapport à celui des structures alvéolaires du premier exemple et du deuxième exemple puisque, en incidence normale, un niveau d’atténuation de 20 dB sur une plage de fréquences allant de 3,9 GHz à 22,24 GHz est obtenu. Plus précisément, un gain de 10 dB du niveau optimal est obtenu par rapport à la structure absorbante 20 du premier exemple et du deuxième exemple.

Il est observé un élargissement important de la bande fréquentielle d’atténuation de 10 dB jusqu’à des fréquences très élevées (jusqu’à 38 GHz) et ce, sous incidences normale (traits pointillés) et obliques (±20° (trait plein); ±40° (traits mixtes)). Le niveau d’atténuation de 20 dB reste également très satisfaisant à une incidence de ±20° par rapport à la normale.

EXEMPLE 4

La structure absorbante 20 selon le quatrième exemple présente les mêmes caractéristiques que celle du troisième exemple qui ne sont pas répétées, de sorte que seules les différences avec la structure absorbante 20 du troisième exemple sont maintenant décrites.

Les hauteurs des bandes 16 et la hauteur de l’alvéole 12 sont différentes par rapport au troisième exemple.

Plus précisément, la hauteur des bandes 16 est la même pour toute et est égale à 2,4 mm.

Il en résulte que la hauteur de l’alvéole 12 est de 11,1 mm.

Les deux graphes de la présentent l’évolution de l’absorption de la structure selon l’exemple 4 en incidence normale (graphe du haut) et en incidence oblique (graphe du bas).

L’analyse des graphes de cette figure montre qu’en incidence oblique à ±20° (traits pointillés), le niveau de performance de la structure absorbante 20 du quatrième exemple est amélioré par rapport à celui de la structure absorbante 20 du deuxième exemple, principalement aux basses fréquences (fréquences inférieures à 15 GHz notamment).

EXEMPLE 5

La structure absorbante 20 selon le cinquième exemple présente les mêmes caractéristiques que celle du premier exemple qui ne sont pas répétées, de sorte que seules les différences avec la structure absorbante 20 du premier exemple sont maintenant décrites.

Dans les quatre premiers exemples, la bande 16 est continue sur toute la hauteur de la paroi 14 de l’alvéole 12.

Au contraire, dans les deux exemples qui suivent, la bande 16 présente une largeur qui varie suivant les directions longitudinales.

La présente un ensemble de motifs correspondant à une variation de largeurs possibles pour la bande 16 à hauteur constante.

Ces motifs sont au nombre de cinq et sont respectivement dénommés cas A, cas B, cas C, cas D et cas E.

Dans chacun des cas, la variation est une variation en marches d’escalier selon 7 niveaux et de manière constante.

Il peut donc être considéré que la variation correspond à une variation en forme de pyramide, en notant « a » la largeur au sommet de la pyramide et « b » la largeur au pied de la pyramide, chacun des cas A, B et C est caractérisé par des valeurs différentes de largeur au sommet « a », la largeur au pied « b » étant fixé à 8 mm.

Plus précisément, pour le cas A, la largeur au sommet vaut 7,86 mm (ce qui correspond à un rapport a/b de 0,98) ; pour le cas B, la largeur au sommet vaut 6,81 mm (ce qui correspond à un rapport a/b de 0,85) et pour le cas C, la largeur au sommet vaut 2,33 mm (ce qui correspond à un rapport a/b de 0,29).

Les cas D et E correspondent à l’inverse des cas B et C.

Pour le cinquième exemple, la largeur de la bande 16 varie selon le motif du cas B avec une résistance par carré du revêtement conducteur égale à 400 Ω/sq.

En outre, la hauteur d’une alvéole 12 est de 8,0 mm et l’espace interalvéole 12 est de 8,0 mm. La longueur de la face d’extrémité est de 174,15 mm et la largeur de la face d’extrémité est de 55,38 mm.

Les deux graphes de la présentent l’évolution de l’absorption de la structure selon l’exemple 5 en incidence normale (graphe du haut) et en incidence oblique (graphe du bas).

L’étude des graphes de la montre que le cinquième exemple est particulièrement adapté pour des incidences de ±40° (traits pointillés) où des performances d’absorption intéressantes sont obtenues, ceci au prix de dégradation du niveau d’absorption pour les incidences plus faibles (0° (trait plein) et ±20° (traits mixtes).

EXEMPLE 6

La structure absorbante 20 selon le sixième exemple présente les mêmes caractéristiques que celle du troisième exemple qui ne sont pas répétées, de sorte que seules les différences avec la structure absorbante 20 du troisième exemple sont maintenant décrites.

Les hauteurs des bandes 16 et la hauteur de l’alvéole 12 sont différentes par rapport au troisième exemple.

Plus précisément, la hauteur des bandes 16 est la même pour toute et est égale à 4,4 mm.

Il en résulte que la hauteur de l’alvéole 12 est de 17,6 mm.

De plus, la largeur de la bande 16 varie selon la bande 16 considérée, la quatrième bande 16 présente une largeur de 10 mm, la première bande 16 une largeur de 7,4 mm, la deuxième bande 16 une largeur de 8,4 mm et la troisième bande 16 une largeur de 9,4 mm.

Depuis la bande 16 la plus éloignée de la face extérieure sur laquelle repose la structure alvéolaire 10, la quatrième bande 16 présente une résistance par carré de 500 Ω/sq, la première bande 16 présente une résistance par carré de 260 Ω/sq, la deuxième bande 16 présente une résistance par carré de 340 Ω/sq et la troisième bande 16 présente une résistance par carré de 420 Ω/sq.

Concernant les autres paramètres, l’espace interalvéole est de 10 mm, l’angle α d’une alvéole 12 est de 70°, l’angle β d’une alvéole 12 est de 145°, la longueur de la face d’extrémité est de 72,5 mm et la largeur de la face d’extrémité est de 23,3 mm.

Les deux graphes de la présentent l’évolution de l’absorption de la structure selon l’exemple 6 en incidence normale (graphe du haut) et en incidence oblique (graphe du bas).

L’analyse des graphes de cette figure montre qu’aussi bien en incidence normale (trait plain, graphe du bas) qu’en incidence oblique (±20° (traits pointillés) et ±40° (traits mixtes)), une atténuation de 20 dB est obtenue pour une bande de fréquence d’une étendue de 23 GHz (de 2 GHz à 25 GHz).

Cela signifie que le sixième exemple correspond à un exemple de structure absorbante 20 optimisée, l’optimisation prenant en compte le fait que les observations suivantes ont été faites par la comparaison avec les exemples précédents :

• le gradient contrôlé de résistance par carré participe à améliorer sensiblement les performances d’absorption aux basses fréquences,
• l’augmentation de la hauteur des bandes 16 permet d’augmenter sensiblement le niveau d’absorption de 5 à 10 dB en relatif aux faibles incidences,
• l’augmentation de la hauteur des bandes 16 permet d’étendre la bande de fréquence au sein de laquelle une atténuation d’un niveau de 10 dB est obtenue pour une incidence normale jusqu’à des fréquences de l’ordre de 40 GHz, et
• l’introduction d’un motif pour la variation de la largeur des bandes 16 permet d’améliorer les performances à incidence élevée (±20°; ±40°) jusqu’à des fréquences de l’ordre de 40 GHz.

De telles structures alvéolaires permettent d’obtenir une bonne performance d’absorption (plus de 20 dB) suivant différentes incidences (jusqu’à ±40°).

Cette bonne performance d’absorption est, en outre, maintenue sur une bande de fréquence large d’au moins 20 GHz.

Pour être complet, il peut être noté que ces performances seront conservées dans la structure sandwich composite complète en sélectionnant des matériaux absorbants ou transparents aux ondes électromagnétiques pour chacune des peaux.

Il apparaît ainsi qu’il est possible d’obtenir l’absorption désirée pour la structure alvéolaire 10.

Cela signifie que l’emploi de la structure de base offre la liberté de permettre l’obtention de l’absorption souhaitée pour la structure absorbante 20 par une adaptation des paramètres de chaque ensemble alvéolaire.

Plus précisément, les paramètres de la structure alvéolaire 10 sont choisis pour que la structure absorbante 20 procure une atténuation d’au moins 10 dB pour chaque onde incidente d’une gamme de fréquences présentant une étendue en fréquence supérieure ou égale à 15 GHz.

De préférence, selon les cas, l’étendue en fréquence est supérieure ou égale à 20 GHz, et encore mieux si possible supérieure ou égale à 25 GHz.

En complément ou alternativement, l’atténuation est d’au moins 15 dB, voire 20 dB.

De plus, dans certains exemples, la gamme de fréquences sur laquelle l’atténuation a lieu commence à partir de la fréquence de 10 MHz.

En outre, ces structures alvéolaires participent à la robustesse mécanique de structures composites sandwichs.

La masse associée à ces structures alvéolaires est également faible.

Cela permet de garantir une bonne durabilité de la performance d’absorption de ces structures alvéolaires.

Ainsi, la structure absorbante 20 proposée permet d’obtenir des performances d’atténuation très élevées et durables en termes de niveau d’atténuation, de largeur de bande de fréquences et de stabilité en incidences obliques.

De plus, comme la structure alvéolaire 10 est évidée en son cœur, un gain en masse est obtenu par rapport à d’autres structures absorbantes de l’état de la technique.

Ce gain en masse peut être obtenu sans complexification importante de la fabrication de la structure absorbante 20.

Le procédé de fabrication d’une structure alvéolaire 10 présenté précédemment est en effet applicable ici pour obtenir la structure absorbante 20.

En outre, la structure absorbante 20 est aisément intégrable dans une paroi 14.

Une telle structure absorbante 20 est avantageuse pour de nombreuses applications impliquant de la discrétion électromagnétique et/ou des problèmes de compatibilité électromagnétique entre systèmes radiofréquences.

UTILISATION DE LA STRUCTURE ALVEOLAIRE POUR REALISER UNE LENTILLE RADIOFREQUENCE

Une lentille radiofréquence 30 utilisant la même structure alvéolaire 10 de base est maintenant décrite en référence aux figures 12 à 14.

Une lentille radiofréquence 30 est un dispositif propre à faire converger ou diverger des faisceaux d’ondes électromagnétiques incidentes.

Dans le cas de la convergence, le terme de « lentille de focalisation » ou de « dispositif de focalisation » peut être employé.

La lentille radiofréquence 30 comprend une pluralité de plots 32 conducteurs.

Chaque plot 32 est un ensemble alvéolaire ayant ladite structure alvéolaire 10.

Ainsi, chaque ensemble alvéolaire comporte au moins une alvéole 12 tubulaire à section polygonale selon un plan parallèle à au moins l’une des faces d’extrémité, dit premier plan, chaque alvéole 12 comportant une pluralité de parois 14 délimitant ladite alvéole 12, les parois 14 s’étendant d’une première face d’extrémité à une deuxième face d’extrémité, les parois 14 étant formées d’un matériau diélectrique, au moins une alvéole 12 comportant au moins une bande 16 de revêtement électriquement conducteur disposée sur au moins une paroi 14.

Comme expliqué précédemment, chaque ensemble alvéolaire présente des paramètres. A titre d’exemple, les paramètres de chaque ensemble alvéolaire sont les paramètres géométriques et diélectriques de chaque alvéole 12 et les paramètres électriques, diélectriques et géométriques de chaque bande 16.

Il est défini un centre O pour la lentille radiofréquence 30.

Selon l’exemple proposé, les plots 32 sont répartis en plusieurs zones Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, les paramètres des ensembles alvéolaires d’une même zone Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 étant identiques.

En l’espèce, chaque plot 32 d’une même zone Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 présente une même hauteur.

Comme visible sur la , les zones Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 sont concentriques, le centre des zones Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 étant le centre O de la lentille radiofréquence 30.

La première zone Z1 est un disque et les autres zones Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 sont des anneaux entourant la zone précédente.

Dans l’exemple décrit, la lentille comporte cinq zones Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 annulaires de sorte que le nombre total de zone Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 est de 6.

Il en résulte également que la surface de la lentille radiofréquence 30 est un disque présentant un rayon R.

Dans l’exemple décrit, le rayon est égal à 250 mm.

Chaque zone Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 peut être repérée par sa position géographique par rapport au centre de la lentille radiofréquence 30.

Plus précisément, un plot 32 de la première zone Z1 est situé à une distance x comprise entre 0 et 0,4×R du centre de la lentille radiofréquence 30 ; un plot 32 de la deuxième zone Z2 est situé à une distance x comprise entre 0,4×R et 0,54×R du centre de la lentille radiofréquence 30 ; un plot 32 de la troisième zone Z3 est situé à une distance x comprise entre 0,54×R et 0,68×R du centre de la lentille radiofréquence 30 ; un plot 32 de la quatrième zone Z4 est situé à une distance x comprise entre 0,68×R et 0,78×R du centre de la lentille radiofréquence 30 ; un plot 32 de la cinquième zone Z5 est situé à une distance x comprise entre 0,78×R et 0,88×R du centre de la lentille radiofréquence 30 et un plot 32 de la sixième zone Z6 est situé à une distance x comprise entre 0,88×R et 1,0×R du centre de la lentille radiofréquence 30.

Comme indiqué précédemment, la hauteur des plots 32 varie d’une zone Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 à l’autre. Plus spécifiquement, dans la première zone Z1, les plots 32 présentent une hauteur de 4,86 mm ; une hauteur de 4,57 mm dans la deuxième zone Z2 ; une hauteur de 4,24 mm dans la troisième zone Z3 ; une hauteur de 3,85 mm dans la quatrième zone Z4 ; une hauteur de 3,25 mm dans la cinquième zone Z5 et une hauteur de 1 mm dans la sixième zone Z6.

En outre, comme visible sur la , les plots 32 sont agencés de manière équirépartie sur la surface de la lentille radiofréquence 30.

Une telle configuration des plots 32 permet d’obtenir un milieu équivalent à indice de réfraction variable, c’est-à-dire d’obtenir une variation spatiale d’indice de réfraction effectif.

Ainsi, dans la première zone Z1, l’indice de réfraction effectif est de 1,4 ; dans la deuxième zone Z2, l’indice de réfraction effectif est de 1,33 ; dans la troisième zone Z3, l’indice de réfraction effectif est de 1,27 ; dans la quatrième zone Z4, l’indice de réfraction effectif est de 1,2 ; dans la cinquième zone Z5, l’indice de réfraction effectif est de 1,14 et dans la sixième zone Z6, l’indice de réfraction effectif est de 1,02.

Cela permet que la lentille radiofréquence 30 réalise un gradient d’indice effectif correspondant à une variation spatiale de l’indice de réfraction de 1,4 jusqu’à 1, la variation suivant la loi mathématique où x est représentatif de la position de la zone Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 considérée.

Au moins une source est intégrée au nid d’abeille au point focal de la lentille (voir ).

Les performances obtenues par une telle lentille radiofréquence 30 sont présentées sur les figures 15 et 16.

La présente l’évolution de l’adaptation de la lentille en fonction de la fréquence lorsque la source est au point focal de la lentille (courbe en trait plein) et pour un déplacement de la source de quelques millimètres par rapport au point focal de la lentille (courbe en traits pointillés).

Cette figure montre que la lentille radiofréquence 30 présente un bon fonctionnement entre 8 GHz et 12 GHz même si la source est un peu décalée.

Au contraire de la obtenue par simulation électromagnétique, la a été obtenue avec un prototype pour lequel le rayon de la lentille radiofréquence 30 était de 50 mm au lieu de 250 mm pour la simulation de la .

La comporte trois graphes.

Le graphe en haut à gauche est un diagramme de rayonnement représentant l’évolution de l’amplitude du champ électromagnétique dans le plan H en fonction de l’angle azimutal. La fréquence est fixée à 9,4 GHz.

Le graphe en haut à droite est un diagramme de rayonnement représentant l’évolution de l’amplitude du champ électromagnétique dans le plan E en fonction de l’angle d’élévation. La fréquence est fixée à 9,4 GHz.

Le graphe du bas représente l’évolution du gain en fonction de la fréquence (courbe en trait plein) ainsi que l’évolution de l’efficacité en fonction de la fréquence (courbe en pointillés).

Par définition, le gainest le rapport entre la densité de puissance rayonnée dans une direction et la densité de puissance qui serait rayonnée par une antenne à rayonnement isotrope dans cette même direction. Une antenne isotrope est une antenne idéale constituée d’une source ponctuelle qui rayonne la même puissance dans toutes les directions de l’espace (gain égal à 1).

La directivitéreprésente le rapport entre la puissance rayonnée dans une direction donnée et la puissance moyenne rayonnée par l’antenne. La différence entre la directivité et le gain prend en compte les pertes de l’antenne. Dans le cas d’une antenne sans perte, la directivité sera donc égale au gain. La relation entre le gainet la directivité, s’écrit alors en fonction du rendement (ou efficacité)de l’antenne, selon.

La présente d’autres résultats obtenus par simulation pour une lentille d’un rayon de 250 mm.

La comporte un graphe en haut présentant la variation du gain dans le plan H à 9,4 GHz après traversée de la lentille en fonction de l’angle azimutal. Le décalage de la source de quelques millimètres (courbe en traits tirés) par rapport au point focal de la lentille (courbe en trait plein) n’a pas d’influence sur la focalisation du gain. Le graphe du bas présente la variation du gain en champ lointain après traversée de la lentille mais cette fois-ci en fonction de la fréquence.

L’étude des figures 16 et 17 montre que les performances de la lentille radiofréquence 30 sont satisfaisantes.

Une telle lentille réalise donc la fonction souhaitée.

Cela signifie que l’emploi de la structure de base offre la liberté de permettre l’obtention d’une fonction souhaitée par une adaptation des paramètres de chaque ensemble alvéolaire.

De préférence, comme c’est le cas dans l’exemple décrit, les paramètres de chaque ensemble alvéolaire sont choisis pour que la lentille présente une variation spatiale d’indice de réfraction effectif prédéfinie, notamment un gradient depuis le centre de la lentille.

En variante ou en complément, les paramètres de chaque ensemble alvéolaire sont choisis pour que la lentille présente un gain supérieur à 5 dBi sur une plage allant de 8 GHz à 12 GHz.

Par rapport à un plot métallique, le plot 32 conducteur formé d’un ensemble alvéolaire est évidé en son cœur, ce qui implique un gain en masse.

Ce gain en masse peut être obtenu sans complexification importante de la fabrication de la lentille radiofréquence 30.

Le procédé de fabrication d’une structure alvéolaire 10 présenté précédemment est en effet applicable pour chacun des plots 32.

En outre, la lentille radiofréquence 30 est aisément intégrable dans un élément de paroi en matériaux composites.

Cette intégration peut être, en outre, améliorée en imprimant les sources d'excitation de la lentille radiofréquence 30. Cela permet notamment de simplifier la mécanique associée à son alimentation radiofréquence.

Une telle lentille radiofréquence 30 est notamment avantageuse dans le domaine des télécommunications et de la détection.

UTILISATION DE LA STRUCTURE ALVEOLAIRE POUR REALISER UNE PARTIE DE SYSTEME ANTENNAIRE

Dans la partie précédente, il a été présenté comment adapter les paramètres de la structure de base pour réaliser une fonction de focalisation.

La réalisation d’autres fonctions radiofréquences est maintenant présentée.

Pour cela, il est décrit une pluralité de systèmes antennaires, chaque système antennaire 40 comportant au moins une partie qui est une structure alvéolaire 10 comme précédemment proposé.

Dans chaque cas, la pluralité de parois 14 est optiquement transparente.

Cela signifie que chaque paroi 14 présente une transmittance optique supérieure à 80% à au moins une longueur d’onde appartenant au domaine du visible.

La transmittance optique est définie par le rapport des intensités lumineuses avant et après la traversée de la paroi 14 et le domaine du visible est défini comme rassemblant l’ensemble des longueurs d’onde comprise entre 400 nanomètres (nm) et 800 nm.

A titre d’exemple, les parois 14 sont réalisées en un polymère réalisé à base de polytéréphtalate d'éthylène (PET) présentant de telles propriétés de transparence optique.

EXEMPLE 1

Un premier exemple de système antennaire 40 est présenté en référence aux figures 18 et 19.

Il s’agit d’un réseau d'antenne grille optiquement transparente à rayonnement directif.

Chaque alvéole 12 est alors une structure rayonnante grâce à l’adjonction d’au moins une bande 16 de revêtement électriquement conducteur.

La illustre un motif particulièrement adaptée pour ce cas de figure. Il s’agit d’une paroi 14 présentant un évidement central 42, une bande 16 conductrice entourant la paroi 14 de manière à ce que dans l’évidement central 42 deux portions 44 de bande 16 conductrice soient en face l’une de l’autre.

En outre, une structure alvéolaire 10 présentant uniquement trois lignes 46 d’alvéoles 12 comme visible sur la est particulièrement adaptée.

Dans un tel cas, la loi de commande appliquée au système antennaire 40 est une alimentation en phase de chaque structure rayonnante.

Les performances de ce premier exemple de système antennaire 40 sont présentées sur la .

La comporte trois graphes.

Le graphe en haut à gauche de la est un diagramme de rayonnement représentant l’évolution de l’amplitude du champ électromagnétique dans le plan E (plan orthogonal à la surface de l’antenne et comprenant sa longueur principale) en fonction de son angle d’élévation. La fréquence de travail est fixée à 9,3 GHz.

Le graphe en haut à droite de la est un diagramme de rayonnement représentant l’évolution de l’amplitude du champ électromagnétique dans le plan H (plan orthogonal à la surface de l’antenne et comprenant sa largeur principale) en fonction de l’angle d’élévation. La fréquence est fixée à 9,3 GHz.

Le graphe du bas de la représente l’adaptation du système antennaire 40 en fonction de la fréquence. Son adaptation est optimale à 9,3 GHz.

Ces différentes figures montrent quel’antenne est directive dans le plan E.

EXEMPLE 2

Le deuxième exemple correspond à un réseau d'antenne grille à rayonnement sectoriel.

Un tel réseau est physiquement identique au réseau présenté sur les figures 18 et 19.

Seule la manière de le contrôler diffère, une loi en amplitude et en phase en sinus cardinal étant imposée.

Les performances de ce deuxième exemple de système antennaire 40 sont présentées sur les figures 21 à 23 d’une part et la d’autre part.

La comporte trois graphes.

Le graphe en haut de la est un diagramme donnant schématiquement la position des éléments antennaires au sein du nid d’abeille suivant la direction longitudinale, le graphe du milieu donne la distribution de courant appliquée sur ces éléments antennaires et le graphe en bas donne la directivité (normalisée) résultant d’une telle alimentation.

La directivité est satisfaisante parce que, comme le montrent les figures 22 et 23, une loi de commande en sinus cardinal à la fois en phase et en amplitude alimente les différents éléments antennaires.

Plus précisément, la présente la distribution de courant le long des alvéoles 12 de la ligne centrale repérée sur la de la notation A’ à la notation R’ (graphe du haut dans cette ) et pour une ligne située en extrémité repérée sur la par de la notation A à la notation R (graphe du bas dans cette ).

La représente l’évolution du gain en fonction de l’angle d’élévation. L’évolution du gain est présentée pour deux plans : le plan E (courbe en traits épais sur la ) et le plan H (courbe en traits fins sur la ). Dans cet exemple, la fréquence de travail est fixée à 9,3 GHz.

Cette montre l’avantage d’utiliser la structure alvéolaire 10 dans ce cas. En effet, il est ainsi obtenu d’une antenne sectorielle sans recours à des équipements supplémentaires comme des déphaseurs ou des atténuateurs pour appliquer la commande, ce qui simplifie le montage.

EXEMPLE 3

Le troisième exemple correspond à une antenne grille de type patch ou fente.

Le système antennaire 40 vu de côté est représenté schématiquement sur la figure 25.

Sur cette , le système antennaire 40 comprend la structure alvéolaire 10 positionnée sur un plan réflecteur 50, lui-même en contact avec une sonde coaxiale 52 qui alimente l’antenne grille de type patch.

Selon l’exemple décrit, le plan réflecteur 50 est la peau en carbone de la structure sandwich composite associée au système antennaire 40.

En variante, le plan réflecteur 50 est réalisé similairement à l’élément rayonnant positionné dans la partie supérieure de la structure alvéolaire 10 sauf que les rubans de revêtement conducteur sont disposés à la base de chacune des alvéoles constitutives de la structure alvéolaire 10 et forment un réseau de couronnes conductrices assurant alors une fonction de réflexion.

Bien entendu, il est possible d’envisager un tel plan réflecteur 50 pour d’autres applications, notamment pour une antenne à plan réflecteur de type antenne parabolique ou bien comme élément de blindage électromagnétique entre systèmes radiofréquences.

Les performances de ce premier exemple de système antennaire 40 sont présentées sur la .

La comporte trois graphes.

Le graphe en haut à gauche de la est un diagramme de rayonnement représentant l’évolution de l’amplitude du champ électromagnétique dans le plan E en fonction de l’angle d’élévation. La fréquence est fixée à 2,4 GHz.

Le graphe en haut à droite de la est un diagramme de rayonnement représentant l’évolution de l’amplitude du champ électromagnétique dans le plan H en fonction de l’angle d’élévation. La fréquence est fixée à 2,6 GHz.

Le graphe du bas de la représente l’évolution de l’adaptation du système antennaire 40 en fonction de la fréquence.

L’analyse de la montre que le système antennaire 40 est parfaitement adapté (coefficient de réflexion S11 inférieur à -15 dB) à deux fréquences de fonctionnement (2,4 GHz et 2,62 GHz) permettant l’obtention de gains supérieurs à 5 dBi à ces deux fréquences (6,1 dBi et 8,4 dBi, respectivement).

L’analyse des trois exemples présentés montre que l’emploi de la structure de base offre la liberté de permettre l’obtention d’une fonction souhaitée pour le système antennaire 40 par une adaptation des paramètres de chaque ensemble alvéolaire.

Plus précisément, les paramètres de chaque alvéole 12 sont choisis pour que le système antennaire 40 présente une transmittance optique d’au moins 80% pour une onde électromagnétique appartenant au domaine du visible et ayant une incidence sensiblement normale au premier plan.

De préférence, comme c’est le cas dans certains des exemples décrits, les paramètres sont choisis pour que le système antennaire 40 présente un diagramme de rayonnement souhaité.

A titre d’exemple, dans le cas du deuxième exemple, le diagramme de rayonnement est tel que chaque alvéole 12 en combinaison avec les autres alvéoles 12 de la pluralité présente un rayonnement de type sectoriel (voir ) grâce à l’alimentation des éléments antennaires selon une loi en sinus cardinal.

Dans certains cas, le système antennaire 40 comprend avantageusement une bande 16 complémentaire de revêtement électriquement conducteur disposée dans au moins une paroi 14, la bande 16 complémentaire étant disposée entre l’au moins une bande 16 de revêtement et une face d’extrémité de façon à former un plan de masse et/ou un plan réflecteur pour le système antennaire 40.

Selon les cas, il est à noter que la hauteur de la bande 16 varie entre 10 micromètres à la hauteur de l’alvéole 12 comportant la paroi 14 dans ou sur laquelle est disposée la bande 16, ladite hauteur de la bande 16 variant de préférence entre 10 micromètres et 500 micromètres.

Enfin, une telle technologie est compatible avec tout type d’antenne, et en particulier une antenne filaire, une antenne patch ou une antenne nécessitant un plan réflecteur.

Par rapport à d’autres systèmes antennaire, le système antennaire 40 formé d’un ensemble alvéolaire est évidé en son cœur, ce qui implique un gain en masse.

Ce gain en masse peut être obtenu sans complexification importante de la fabrication du système antennaire 40.

Le procédé de fabrication d’une structure alvéolaire 10 peut effectivement directement être utilisé.

En outre, le système antennaire 40 est aisément intégrable dans un élément de paroi en matériaux composites.

Les différentes propriétés qui viennent d’être décrites rendent les différents systèmes antennaires adaptés pour différentes applications.

A titre d’exemple, de tels systèmes antennaires sont utilisables dans le domaine des transports, notamment le transport aérien, ferroviaire ou naval. Dans ces applications, la meilleure intégration des systèmes antennaires permet d’obtenir un gain non négligeable en aérodynamique.

Il pourrait aussi être envisagé des usages dans le domaine spatial, du mobilier urbain, dans le domaine des télécommunications, du bâtiment, du tertiaire ou de l’internet des objets.

Il est à noter que, comme précédemment, pour garantir de bonnes performances, il conviendra de choisir des peaux adaptées pour former la structure composite sandwich associée.

Il a été montré à travers trois exemples particuliers de dispositifs l’intérêt d’une structure alvéolaire 10 telle que décrite dans les figures 1 à 3.

Dans chacun des cas, les dispositifs obtenus permettent une meilleure intégration dans un porteur tout en restant de fabrication aisée et en présentant pour certains des performances inégalées par les autres solutions connues. C’est en particulier le cas pour la structure absorbante 20.

Claims (12)

1. Système antennaire (40) comportant au moins une partie qui est une structure alvéolaire (10) de type nid d’abeille s’étendant entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité, la structure alvéolaire (10) comprenant une pluralité d’alvéoles (12) tubulaires, chaque alvéole (12) comportant une pluralité de parois (14) délimitant ladite alvéole (12), les parois (14) s’étendant de la première face d’extrémité à la deuxième face d’extrémité, les parois (14) étant formées d’un matériau diélectrique, au moins une alvéole (12) comportant au moins une bande (16) de revêtement électriquement conducteur disposée dans au moins une paroi (14) ou sur une surface d’au moins une paroi (14), la pluralité de parois (14) étant transparente, la partie de système antennaire (40) présentant des paramètres, les paramètres étant choisis pour que le système antennaire (40) présente une transmittance optique d’au moins 80% pour une onde électromagnétique appartenant au domaine du visible et ayant une incidence sensiblement normale à un plan parallèle au moins l’une des deux faces d’extrémité.
2. Système antennaire selon la revendication 1, dans lequel les paramètres sont les paramètres diélectriques et géométriques de chaque alvéole (12) et les paramètres électriques et géométriques de chaque bande (16).
3. Système antennaire selon les revendications 1 ou 2, dans lequel la partie du système antennaire (40) est choisie parmi une antenne et un plan réflecteur (50).
4. Système antennaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le système antennaire (40) est choisi parmi une antenne filaire, une antenne patch et une antenne à plan réflecteur.
5. Système antennaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le système antennaire (40) comprend, en outre, une bande (16) complémentaire de revêtement électriquement conducteur disposée dans au moins une paroi (14) ou sur une surface d’au moins une paroi (14), la bande (16) complémentaire étant disposée entre l’au moins une bande (16) de revêtement et une face d’extrémité de façon à former un plan de masse et/ou un plan réflecteur pour le système antennaire (40).
6. Système antennaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle au moins une bande (16) présente une hauteur définie pour chaque alvéole (12), ladite hauteur de la bande (16) variant entre 10 micromètres à la hauteur de l’alvéole (12) comportant la paroi (14) dans ou sur laquelle est disposée la bande (16), ladite hauteur de la bande (16) variant de préférence entre 10 micromètres et 500 micromètres.
7. Système antennaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la partie présente des paramètres, les paramètres étant choisis pour que le système antennaire (40) présente un diagramme de rayonnement souhaité.
8. Système antennaire selon la revendication 7, dans lequel le diagramme de rayonnement est tel que chaque alvéole (12) en combinaison avec les autres alvéoles (12) de la pluralité présente un rayonnement de type sectoriel grâce à l’alimentation des éléments antennaires selon une loi en sinus cardinal.
9. Procédé de fabrication d’un système antennaire (40) comportant au moins une partie qui est une structure alvéolaire (10) de type nid d’abeille s’étendant entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité, la partie de système antennaire (40) présentant des paramètres, les paramètres étant choisis pour que le système antennaire (40) présente une transmittance optique d’au moins 80% pour une onde électromagnétique appartenant au domaine du visible et ayant une incidence sensiblement normale à un plan parallèle à au moins l’une des deux faces d’extrémité, le procédé comprenant, pour chaque plot (32), les étapes de :
   - impression de bandes (16) de revêtement électriquement conducteur,
   - dépose d’une couche d’adhésif sur une surface d’au moins une lame en matériau diélectrique,
   - collage des lames sur les couches d’adhésif,
   - assemblage des lames pour former une pluralité d’alvéoles (12) tubulaires, chaque alvéole (12) comportant une pluralité de parois (14) délimitant ladite alvéole (12), les parois (14) s’étendant d’une première face d’extrémité à une deuxième face d’extrémité de la structure alvéolaire (10) de type nid d’abeille s’étendant entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité,
   - expansion des lames assemblées, pour obtenir une structure à figer, et
   - cuisson de la structure à figer pour obtenir le système antennaire (40) final.
10. Procédé d’optimisation d’un système antennaire (40) comportant au moins une partie qui est une structure alvéolaire (10) de type nid d’abeille s’étendant entre une première face d’extrémité et une deuxième face d’extrémité, la partie de système antennaire (40) présentant des paramètres, les paramètres étant choisis pour que le système antennaire (40) présente une transmittance optique d’au moins 80% pour une onde électromagnétique appartenant au domaine du visible et ayant une incidence sensiblement normale à un plan parallèle à au moins l’une des deux faces d’extrémité, le procédé comportant une étape de :
    - choix de paramètres initiaux pour la partie de système antennaire (40), et
    - optimisation des paramètres de partie de système antennaire (40) selon une technique d’optimisation mise en œuvre par itérations successives sur des jeux de paramètres courants, le premier jeu de paramètres étant l’ensemble des paramètres initiaux et le jeu de paramètres d’une itération étant le jeu de paramètres obtenu à l’itération précédente, la technique d’optimisation étant mise en œuvre sous la contrainte qu’une partie de système antennaire (40) présente une transmittance optique d’au moins 80% pour une onde électromagnétique appartenant au domaine du visible et ayant une incidence sensiblement normale à un plan parallèle à au moins l’une des deux faces d’extrémité.
11. Produit programme d’ordinateur comportant un support lisible d’informations, sur lequel est mémorisé un programme d’ordinateur comprenant des instructions de programme, le programme d’ordinateur étant chargeable sur une unité de traitement de données et mettant en œuvre un procédé d’optimisation selon la revendication 10 lorsque le programme d’ordinateur est mis en œuvre sur l’unité de traitement des données.
12. Support lisible d’informations comportant des instructions de programme formant un programme d’ordinateur, le programme d’ordinateur étant chargeable sur une unité de traitement de données et mettant en œuvre un procédé d’optimisation selon la revendication 10 lorsque le programme d’ordinateur est mis en œuvre sur l’unité de traitement de données.