WO1999028991A1 - Transducer for transmitting-receiving microwave radio energy - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a microwave radio transmission-reception transducer.
- the transducer elements used to bring microwave radio energy onto or into a body, or to capture the electromagnetic radiation of thermal origin from the latter are essentially of the following type:
- transducer elements have many advantages, they are easy to implement, light, inexpensive and can easily be combined to form a network configuration.
- Transducer elements of this type have been the subject of specific studies and of a description in French patent applications No. 2,539,035 published on July 13, 1984, No. 2,703,871 and No. 2,703,872 published on October 14, 1994.
- these transducer elements have two separate electrically conductive structures, at least one of these structures playing the role of radiating element and the other that of an element brought to a reference potential.
- the operation of such transducers can be globally assimilated to that of a radiating dipole.
- such elements are produced from dielectric supports, such as for example epoxy-fiberglass used for the production of quality printed circuits allowing transmission and processing microwave signals.
- Such a disturbance in the radiometric temperature measurement is particularly harmful when the radiometric temperature measurement operation is carried out for a body brought to high temperature, above 50 ° C., or to low temperature, below 5 ° C.
- the use of systems for thermostating the dielectric support, cooling or heating at constant temperature, does not in any way eliminate the thermal noise due to the losses of the latter.
- the subject of the present invention is the implementation of a radioelectric energy transmission-reception transducer microwave stick to overcome the drawbacks of plated transducer elements 1 prior art.
- Another object of the present invention is in particular the implementation of a microwave radio transmission-reception transducer in which the dielectric support is completely eliminated or, where appropriate, whose contribution to thermal noise is substantially scaled down.
- Another object of the present invention is finally the use of specific microwave radio-frequency energy transmission-reception transducers, allowing the production of transducer networks adapted to various applications.
- the microwave radio emission-reception transducer, object of the present invention is remarkable in that it comprises at least a first zone, electrically conductive, substantially planar, brought to a reference potential, a second zone, electrically conductive, superimposed in the same plane on the first electrically conductive zone, and a third, intermediate zone, partially connecting the first and the second electrically conductive zone.
- a transmission line comprising a first and a second electrically conductive element is coupled to the electrically conductive zones, the first conductive element being interconnected to the first electrically conductive zone and brought to the reference potential, and the second conductive element being electrically coupled to the second electrically conductive area.
- FIGS. 1b, 2b, 3b and 4b represent the adaptation diagrams which make it possible to judge the quality of the transfer of energy in transmission or in reception of each transducer of transmission / reception of radio frequency microwave energy represented in FIGS. 2a, 3a and 4a respectively;
- FIG. 6a shows an advantageous, non-limiting embodiment of a network of transducers formed from a plurality of transducers corresponding to a type of transducer as shown in Figures la, 2a, 3a or 4a;
- FIG. 6b shows an advantageous variant of a transducer used in a network of transducers as shown in Figure 6a;
- FIG. 6c represents a detail of execution of a transducer used in a network of transducers represented in FIGS. 5a or 5b, or even for any type of transducer represented in FIGS. 1a, 2a, 3a or 4a;
- FIG. 7 represents a network of transducers in accordance with the object of the present invention more particularly intended for successive irradiation operations for treatment of a body by hyperthermia, then of thermometric measurement of this body by microwave radiometry;
- FIG. 8 represents, in a sectional view along a radial plane of symmetry, an installation for treating a body, constituting a dissipative medium, this installation comprising a network of transducers as shown in FIG. 7.
- the microwave radio emission-reception transducer object of the present invention, comprises, at least, a first substantially planar electrically conductive area, denoted 1 , which is brought to a reference potential such as a ground potential for example.
- the transceiver transducer object of the present invention, further comprises a second zone, denoted 2, electrically conductive, substantially planar, which is superimposed in the same plane on the first electrically conductive zone 1.
- the first zone 1 and the aforementioned second zone 2 are then, as shown in the same figure, connected by a third intermediate zone 3.
- This third zone 3 partially connects the first 1 and the second electrically conductive zone 2 and makes it possible to ensure electrical continuity between this first and this second zone mentioned above.
- a transmission line comprises a first and a second electrically conductive element, denoted 41 and 42, the first conductive element 41 being interconnected with the first electrically conductive zone 1 and therefore being brought to the reference potential. , while the second conductive element 42 is itself electrically coupled to the second electrically conductive zone 2.
- the aforementioned transmission line 4 can advantageously be constituted by a coaxial cable of which the external metal shield 41 constitutes the first element electrically conductive and whose central core 42 constitutes the second conductive element.
- both the external conductor 41 and the central core 42 can be brazed respectively on the first electrically conductive zone 1 and on the second electrically conductive zone 2.
- the microwave radio transmission-reception transducer represented in FIG. 1a unlike the transducers currently known implementing a resonance or at least tuning process.
- the geometry of the radiating elements with respect to the radiated wavelength, that is to say emitted or received the transducer of emission-reception of radioelectric energy, object of the present invention, operates so different in that it constitutes in fact a reflector making it possible to ensure a reflection coefficient substantially equal to 1 for a very wide frequency spectrum, except for a determined frequency band for which the reflection coefficient is greatly degraded, the microwave radio transmitting and receiving transducer, object of the present invention, therefore acting in this band of fr equences as an element allowing the transmission in transmission, and respectively in reception, from the transmission line, of radioelectric energy whose frequency band corresponds to the frequency band not reflected by the latter.
- FIG. 1b A diagram representing the reflection coefficient defined by
- the first 1, the second 2 and the third 3 electrically conductive zones have come from a single sheet of electrically conductive material, such as a metallic sheet.
- This sheet of electrically conductive material is then provided with a cutout 5 with substantially parallel edges, this cutout thus making it possible to materialize the first 1, the second 2 and the third 3 electrically conductive zones.
- - a and b denote the maximum external dimensions of the microwave radio transmission-reception transducer, in accordance with the subject of the present invention, or, more precisely, the dimensions of a rectangle or a square in which the first, second and third electrically conductive zones are inscribed.
- - f denotes the distance from the coupling point of the second electrically conductive element of the transmission line to the second electrically conductive area 2 relative to the external edge of the transducer on the slot 5;
- g denotes the distance separating this same interconnection point from the internal edge of the slot 5, that is to say from the third electrically conductive zone 3.
- the microwave radio emission-reception transducer object of the present invention, is of a particularly simple implementation insofar as the production of the first, second and third zones from a single sheet of electrically conductive material can be made in a particularly simple manner from a rectangle of metal sheet or plate, in the absence of any dielectric support, with determined outer external dimensions a and b, in which a slot 5 is cut having the dimensions d and e previously mentioned.
- the transmission line is formed by a coaxial cable 4, the latter is then stripped at its connection end, so as to release the central core 42.
- the central core 42 and the electrically conductive envelope 41 are then connected by soldering, for example, to the second 2 and to the first 1 electrically conductive zones respectively offset from the third 3 zone of dimension g.
- the transducer, object of the present invention has a central transmit-receive frequency of the frequency band of transmitted or received radio energy inversely proportional to the distance e separating the parallel edges of cutout 5, as illustrated by the table below.
- the third electrically conductive zone 3 in fact forms a short circuit between the first 1 and the second 2 electrically conductive zones and the cutout 5 has, at the level of the third electrically conductive zone 3, a substantially orthogonal to the parallel edges of the cutout 5.
- the central frequency f 0 of the strip of frequencies of transmitted or received radioelectric energy is proportional to the distance g separating the connection point offset from the coaxial line from the edge orthogonal to the parallel edges of the cutout 5 and materializing the third electrically conductive area 3, as illustrated by the table below.
- the central frequency f 0 of the frequency band transmitted or received by the transducer is inversely proportional to the maximum external dimension of the transducer in the direction of the coaxial cable, that is to say in the direction of the dimension a, reduced by the distance e separating the parallel edges of the cutout 5.
- the central frequency f 0 of the frequency band transmitted in transmission or reception is therefore inversely proportional to the sum of the parameters c and c 2 , as well as 'illustrated by the table below.
- the width of the frequency band transmitted or received is substantially inversely proportional to the distance separating the parallel edges of the cutout 5, that is to say the parameter e, and substantially proportional to the maximum external dimension of the transducer in the direction of the coaxial cable, or of the transmission line, that is to say substantially proportional to the sum of the parameters c_ and c 2 .
- the general shape of the transducer that is to say of the first 1, of the second 2, of the third 3 zones is substantially circular.
- the geometric shape formed by the outer edge of the first 1, the second 2, and the third 3 zones is substantially polygonal or circular.
- the assembly formed by the first, 1, the second 2 and the third 3 zone, as well as the cutout 5 with substantially parallel edges advantageously has symmetry with respect to the longitudinal axis of symmetry, materialized by X ' X on the set of the aforementioned figures of cutout 5.
- the central frequency f 0 is equal to 3.23 GHz and the bandwidth at -10 dB is equal to 0.6 GHz.
- the central frequency f 0 is equal to 3.0 GHz and the bandwidth width at -10 dB of the radio energy transmitted in transmission-reception is equal to
- FIG. 4a corresponds to a particular polygonal shape of the assembly formed by the first, the second, the third electrically conductive zone previously mentioned, in which the general, polygonal shape is inscribed in a rectangle of corresponding dimension a and b.
- the central frequency f 0 in this embodiment is equal to 3.27 GHz and the bandwidth at -10 dB of the radio energy transmitted in transmission-reception is equal to 0.278 GHz. In general, it is indicated that, at the first
- the microwave radio emission-reception transducer, object of the present invention, as shown in FIG. 5a, can then be easily installed on an industrial site in the absence of significant modifications to the environment of the transducer.
- the transducer in transmission-reception of radioelectric energy that, in accordance with the object of the present invention, can easily be implemented in the absence of any dielectric support of the first, second and third electrically conductive zones previously mentioned.
- the absence of dielectric material results in the possible use of this type of transducer, both on emission and on reception, in hyperthermia treatment applications when the transducer is used for emission, respectively measurement of the internal temperature of a body by radiometry when this transducer is used in reception.
- this type of transducer is particularly well suited to a dual use of this "type, by switching the transmission or reception channels of an appropriate device, not shown in the drawings, for internal temperature measurement. of the body, by radiometry, which can particularly advantageously be carried out in the absence of any temperature error introduced by the own radiation of a dielectric support which would be added in order to ensure the implementation of such a transducer .
- the transducer, object of the present invention is intended for a single use in reception for the measurement of the temperature of a body by radiometry for medical applications, it may be advantageous, as shown in FIG. 5b , to produce all of the first, second and third electrically conductive zones from a sheet of KAPTON metallized on one of its faces, in which, in addition to the cut allowing the materialization of the polygon or of the outer circle of the assembly, the slot is then cut.
- all of the electrically conductive zones are then supported by the KAPTON sheet with the same dimensions as those of the metallization constituting the aforementioned assembly and bearing the reference 7 in FIG. 5b.
- the clean KAPTON sheet- ment said 7 may be of small thickness, 1 mm for example, or even 50 ⁇ m, in order to thus constitute a strip of dielectric material common to the aforementioned electrically conductive areas.
- the dielectric material chosen, such as KAPTON, is a dielectric material with low radioelectric losses.
- FIG. 5c corresponds to the case where the transmission line coupled to the first and to the second electrically conductive zone is constituted by a coaxial line, as shown in FIG. 1a for example.
- the aforementioned first, second and third electrically conductive zones can in this case be produced from a dielectric substrate comprising a metallization on one of its faces, the cutout 5 being formed for example on the single metallization.
- FIGS. 5d and 5e also show the implementation of a microwave radio transmission-reception transducer, in accordance with the object of the present invention, in which a dielectric substrate is associated with 1 'set of electrically conductive areas, but where however the transmission line coupled to the latter is constituted by a microstrip or microstrip line.
- the transducer, object of the present invention comprises successively, in successive parallel planes distributed in a direction orthogonal to the plane containing the first, the second and the third zone, a first layer of dielectric material provided, on the face opposite to the plane containing the electrically conductive areas, with a line of microstrip type replacing the coaxial line.
- a second layer of dielectric material 41 can be provided so as to cover the first layer 40 of dielectric material and the microstrip line to produce a protected microstrip line.
- a metallization playing the role of reflective plane 6 can then be provided, so as to cover the opposite face of the second layer of dielectric material covering the first.
- the microstrip or microstrip line is then coupled in a manner known per se in the context of the implementation of the microstrip and microstrip lines, so capacitive to the aforementioned electrically conductive zones 1, 2 and 3.
- the reflective plane 6 of FIG. 5e plays the same role as in the case of FIG. 5a.
- FIGS. 5f and 5g relate to a more particular embodiment of the transducer in transmission-reception of microwave radio energy, object of the present invention, more particularly intended for medical or biomedical applications.
- Figure 5f shows a front view of such a transducer and Figure 5g shows a sectional view along the section plane Q of Figure 5f of the same transducer.
- all of the electrically conductive zones 1, 2 and 3 can advantageously be produced from a thin sheet of KAPTON with a thickness of the order of 75 ⁇ m, metallized on a of its faces, this sheet of KAPTON bearing the reference 40 on the Figure 5g.
- the assembly constituted by the transducer and the transmission line represented in the form of a coaxial line for example in the case of FIGS. 5f and 5g, can then advantageously be coated in a flexible non-allergenic material, bearing the reference 43.
- the coating thus formed advantageously makes it possible to produce an application tablet on sensitive biological tissues for example.
- the thickness of the assembly represented in the cutting plane of FIG.
- the radio-electric transmission-reception transducer object of the present invention, lends itself particularly well to the production of elementary form-transmitting and / or receiving transducers. complex, which can then be organized into networks, as will be described below in the description.
- such a network of microwave radio transmission-reception transducers may comprise a plurality of radio-frequency transmission-reception transducers, as described previously in the description.
- these transducers are shown in a nonlimiting manner as having a rectangular shape, the opening of the slot 5 or cutout being oriented in the same direction.
- the plurality of radio-frequency transmission-reception transducers is then arranged in a common plane in a bidirectional matrix, in an XY direction along two substantially orthogonal directions.
- Each transducer, noted T ⁇ i in FIG. 6a can then be identified by its address in XY as shown in FIG. 6a.
- the arrangement of transducers can be produced from a dielectric support, denoted SD, substantially rigid, in which different windows are provided at the location of each of the transducers T i .
- Each window Fi j is then adapted so as to have suitable dimensions so as to provide a space communicating with the cutout or slot 5.
- each transducer i can be provided with an independent microwave power supply / reception control system.
- each transducer T i; j advantageously has the same geometric dimensions and, consequently, the same radiation parameters, center frequency and width of the transmitted frequency band at -10 dB.
- the independent microwave radio power / reception control system can advantageously be constituted by coaxial cables, represented in dotted lines in FIG.
- each transceiver transducer T ⁇ j can advantageously be mounted for rotation relative to an axis of rotation contained in the common plane of the electrically conductive areas 1 , 2 and 3, this axis of rotation being symbolized by the axis of a motor bearing the reference R in FIG. 6b.
- the axis of rotation R and consequently each transmit-receive transducer T ii is also mechanically coupled to a rotation drive means, designated by M, around the aforementioned axis of rotation R.
- the drive means M can be produced for example by a micro-motor, such as a stepping micro-motor, for example. This embodiment thus makes it possible to modify the orientation in inclination of each transmission-reception transducer with respect to the common plane and thus to adapt the transmission-reception diagram resulting from the network, for a given application.
- FIG. 6c represents a possible mode of connection of each magic tee, denoted TE i :) in FIG. 6a, to the electrically conductive zones constituting each transducer T ⁇ J.
- the embodiment of the network of microwave radio transmission-reception transducers makes it possible to minimize the parasitic radiation due to the dielectric substrate SB.
- the arrangement of each transducer T ii in each window formed in the dielectric substrate SB thus makes it possible to greatly reduce the parasitic signal introduced into the resulting radiometric signal.
- other forms of networks using a plurality of transmit-receive transducers in accordance with the object of the present invention can be envisaged.
- the microwave radio emission-reception transducer comprises a set of transducers, which are organized with respect to a center of symmetry, denoted C. These transducers are organized according to an elementary emission transducer, this elementary emission transducer being formed by a plurality of transducers, denoted TE .., TE 2 , TE 3 and TE 4 , which are oriented at 90 ° from each other in the plane of the figure.
- the abovementioned emission transducers are supplied from a common source of microwave energy, for example by means of a coaxial cable and magic tees, as described previously in relation to FIG. 6a.
- the microwave radio emission-reception transducer represented in FIG. 7 also comprises, organized with respect to this same common center of symmetry C, a plurality of microwave radio energy transducers, denoted T ⁇ TR 2 , TR 3 and TR 4 , which are connected to a common microwave energy receiving circuit.
- the above transducers can be connected via a coaxial line and magic tees in the same way as in the case of emission transducers.
- the transducers TR_ to TR 4 are organized into an elementary transducer called reception.
- the microwave radio transmission-reception transducers 1E 1 to TE 4 and TR ⁇ to TR 4 each consist of a first 1, a second 2 and a third 3 electrically conductive zones, forming a circular sector provided with a cutout 5, which is placed on the longitudinal axis of symmetry of each of the aforementioned circular sectors.
- the transducers TR X to TR 4 are also distributed in the plane at 90 ° from each other, the transducers TE- L to TE 4 and TR X to TR 4 being furthermore nested and distributed in petals relative to the center of symmetry C, as shown in FIG. 7.
- FIG. 7 shows the constituent elements of each of the aforementioned transducers alone, so as not to overload the drawing. It is thus understood that the transducers TE X to TE 4 operate as applicators of radioelectric energy, while the transducers TR X to TR 4 operate on the contrary in radiometric sensors.
- FIG. 8 shows a complete installation enabling hyperthermia treatment and a radiometric temperature measurement of a dissipative medium to be carried out, this installation being provided with a transducer as shown in FIG. 7.
- FIG. 8 is shown in a section plane corresponding to the section plane X'X of FIG. 7.
- the installation therefore includes a metal case, denoted BM, provided at its open end with a peripheral tube made of plastic material, denoted TU, this tube being intended to receive a circulation of water at constant temperature.
- the metal housing is provided at its top with an infrared sensor centered on the center of symmetry C of the transducer, this infrared sensor thus being in direct vision of the central opening of the transducer shown in FIG. 7.
- the IRC infrared sensor makes it possible to carry out radiation measurements of the dissipative medium, in order to control the temperature evolution of the assembly, mainly of its surface.
- a particularly efficient microwave radio transmission-reception transducer has thus been described, insofar as this type of transducer can be used in treatment by micro- hyperthermia. wave controlled by microwave radiometry for medical treatment. In such a case, the transducer can then be designed so as to operate both in transmission and in reception, alternately.
- This type of microwave radio transmission-reception transducer can also be used as a temperature sensor.
- a particular embodiment made it possible to produce a specific sensor of small size, intended to operate in a range of temperatures between 25 and 45 ° C., in order to non-invasively monitor the internal temperature of premature newborns.
- the structure of the transducer is substantially simplified and may correspond to that shown in FIG. 5f.
- Another particular embodiment made it possible to produce a specific sensor intended to operate in a range of temperatures between -40 ° C. and + 50 ° C., in order to non-invasively control the internal temperature of materials of the agro-food type. in the freezing or deep-freezing phase.
- the structure of the transducer corresponds to that shown in FIG. 5a.
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Abstract
The invention concerns a transducer for transmitting-receiving microwave radio energy, comprising first (1) and second (2) electrically conducting zones connected to a third electrically conducting zone (3) placed in the same plane. A transmission line (4) is coupled with the first (1) and second (2) electrically conducting zones. The invention is applicable to treatment by radiation hyperthermia and the measurement of temperature of a body by capturing its radiation.
Description
Transducteur d ' émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence Microwave radio transmission-reception transducer
La présente invention est relative à un transducteur d ' émission-réception d ' énergie radioélectrique hyperfréquence.The present invention relates to a microwave radio transmission-reception transducer.
A l'heure actuelle, les éléments transducteurs utilisés pour amener de l'énergie radioélectrique hyperfréquence sur ou dans un corps, ou pour capter le rayonnement électromagnétique d'origine thermique de ce dernier, sont essentiellement du type ci-après :At present, the transducer elements used to bring microwave radio energy onto or into a body, or to capture the electromagnetic radiation of thermal origin from the latter, are essentially of the following type:
- guides d ' ondes ouverts ou chargés par une impédance appropriée ;- waveguides open or loaded with an appropriate impedance;
- cornets rayonnants ; - antennes filaires ;- radiant cones; - wire antennas;
- applicateurs en structure plaquée.- applicators in plated structure.
Les éléments transducteurs du dernier type cité présentent de nombreux avantages, ils sont faciles à mettre en oeuvre, légers, peu onéreux et peuvent facilement être associés pour former une configuration en réseau.The last type of transducer elements have many advantages, they are easy to implement, light, inexpensive and can easily be combined to form a network configuration.
Les éléments transducteurs de ce type ont fait l'objet d'études spécifiques et d'une description dans les demandes de brevet français n° 2 539 035 publiée le 13 juillet 1984, n° 2 703 871 et n° 2 703 872 publiées le 14 octo- bre 1994.Transducer elements of this type have been the subject of specific studies and of a description in French patent applications No. 2,539,035 published on July 13, 1984, No. 2,703,871 and No. 2,703,872 published on October 14, 1994.
D'une manière générale, ces éléments transducteurs présentent deux structures électriquement conductrices distinctes, l'une au moins de ces structures jouant le rôle d'élément rayonnant et 1 ' autre celui d ' un élément porté à un potentiel de référence. Le fonctionnement de tels transducteurs peut être globalement assimilé à celui d'un dipôle rayonnant.In general, these transducer elements have two separate electrically conductive structures, at least one of these structures playing the role of radiating element and the other that of an element brought to a reference potential. The operation of such transducers can be globally assimilated to that of a radiating dipole.
En raison notamment du caractère distinct des deux structures électriques, et afin d'assurer, d'une part, une séparation électrique, et, d'autre part, une cohésion mécanique et géométrique suffisante de celle-ci, ainsi qu'en outre une simplification de mise en oeuvre par l'utilisation
d ' une technique de fabrication semblable à celle des circuits imprimés, de tels éléments sont réalisés à partir de supports diélectriques, tels que par exemple l'époxy- fibre de verre utilisé pour la réalisation de circuits imprimés de qualité permettant la transmission et le traitement de signaux hyperfréquences .Due in particular to the distinct nature of the two electrical structures, and in order to ensure, on the one hand, an electrical separation, and, on the other hand, sufficient mechanical and geometric cohesion thereof, as well as a simplification of implementation by use of a manufacturing technique similar to that of printed circuits, such elements are produced from dielectric supports, such as for example epoxy-fiberglass used for the production of quality printed circuits allowing transmission and processing microwave signals.
Toutefois, la présence, nécessaire, d'un tel support impose impérativement une limitation de puissance de l'utilisation de ces éléments transducteurs, en particulier lorsque ceux-ci sont utilisés comme transducteurs d'émission d'énergie hyperfréquence. Cette limitation est en fait due aux pertes d'énergie hyperfréquence dans le support électrique. Bien que faibles, ces pertes peuvent entraîner un échauffement trop important du support diélectrique, et, en définitive, la destruction de ce dernier.However, the necessary presence of such a support imperatively imposes a power limitation on the use of these transducer elements, in particular when these are used as microwave energy emission transducers. This limitation is in fact due to the losses of microwave energy in the electrical support. Although small, these losses can lead to excessive heating of the dielectric support, and ultimately the destruction of the latter.
En outre, lors de l'utilisation de ces éléments transducteurs en réception, dans le cadre d'applications radiométriques consistant à réaliser une capture du rayonnement d'origine thermique émis par un corps placé en vis-à- vis de l'élément transducteur, la présence de ce support diélectrique, bien qu'à faibles pertes, engendre, du fait de sa température propre, un bruit thermique parasite, très difficilement quantifiable. Ce bruit s'ajoute aux signaux captés en provenance du milieu ou du corps analysé et fausse ainsi' la mesure de température par radiométrie.In addition, when these transducer elements are used in reception, in the context of radiometric applications consisting in capturing radiation of thermal origin emitted by a body placed opposite the transducer element, the presence of this dielectric support, although at low losses, generates, due to its own temperature, a parasitic thermal noise, very difficult to quantify. This noise is added to the signals received from the medium or the body analyzed and thus falsifies the temperature measurement by radiometry.
Une telle perturbation de la mesure de température de radiométrie est particulièrement néfaste lorsque l'opération de mesure de température par radiométrie est conduite pour un corps porté à haute température, supérieure à 50°C, ou à basse température, inférieure à 5°C.Such a disturbance in the radiometric temperature measurement is particularly harmful when the radiometric temperature measurement operation is carried out for a body brought to high temperature, above 50 ° C., or to low temperature, below 5 ° C.
L'utilisation de systèmes de thermostatisation du support diélectrique, refroidissement ou chauffage à température constante, ne permet aucunement d'éliminer le bruit thermique dû aux pertes de ce dernier. La présente invention a pour objet la mise en oeuvre d'un transducteur d'émission-réception d'énergie radioélec-
trique hyperfréquence permettant de remédier aux inconvénients des éléments transducteurs plaqués de 1 ' art antérieur.The use of systems for thermostating the dielectric support, cooling or heating at constant temperature, does not in any way eliminate the thermal noise due to the losses of the latter. The subject of the present invention is the implementation of a radioelectric energy transmission-reception transducer microwave stick to overcome the drawbacks of plated transducer elements 1 prior art.
Un autre objet de la présente invention est en particulier la mise en oeuvre d'un transducteur d'émission- réception d ' énergie radioélectrique hyperfréquence dans lequel le support diélectrique est totalement supprimé ou, le cas échéant, dont la contribution au bruit thermique est sensiblement réduite. Un autre objet de la présente invention est enfin la mise en oeuvre de transducteurs d'émission-réception d'énergie radio-électrique hyperfréquence spécifiques, permettant la réalisation de réseaux de transducteurs adaptés à des applications diverses. Le transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, objet de la présente invention, est remarquable en ce qu'il comporte au moins une première zone, électriquement conductrice, sensiblement plane, portée à un potentiel de référence, une deuxième zone, électriquement conductrice, superposée dans un même plan à la première zone électriquement conductrice, et une troisième zone, intermédiaire, reliant partiellement la première et la deuxième zone électriquement conductrices. Une ligne de transmission comprenant un premier et un deuxième élément électriquement conducteur est couplée aux zones électriquement conductrices, le premier élément conducteur étant interconnecté à la première zone électriquement conductrice et porté au potentiel de référence, et le deuxième élément conducteur étant électriquement couplé à la deuxième zone électriquement conductrice.Another object of the present invention is in particular the implementation of a microwave radio transmission-reception transducer in which the dielectric support is completely eliminated or, where appropriate, whose contribution to thermal noise is substantially scaled down. Another object of the present invention is finally the use of specific microwave radio-frequency energy transmission-reception transducers, allowing the production of transducer networks adapted to various applications. The microwave radio emission-reception transducer, object of the present invention, is remarkable in that it comprises at least a first zone, electrically conductive, substantially planar, brought to a reference potential, a second zone, electrically conductive, superimposed in the same plane on the first electrically conductive zone, and a third, intermediate zone, partially connecting the first and the second electrically conductive zone. A transmission line comprising a first and a second electrically conductive element is coupled to the electrically conductive zones, the first conductive element being interconnected to the first electrically conductive zone and brought to the reference potential, and the second conductive element being electrically coupled to the second electrically conductive area.
Il sera mieux compris à la lecture de la description ci-après et à l'observation des dessins dans lesquels :It will be better understood on reading the description below and on observing the drawings in which:
- les figures la, 2a, 3a et 4a représentent un transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence dans divers modes de réalisation particuliers, non limitatifs ;
- les figures lb, 2b, 3b et 4b représentent les diagrammes d'adaptation qui permettent de juger la qualité du transfert d'énergie en émission ou en réception de chaque transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence représenté en figures la, 2a, 3a et 4a respectivement ;- Figures la, 2a, 3a and 4a show a transducer for transmitting and receiving microwave radio energy in various particular, non-limiting embodiments; FIGS. 1b, 2b, 3b and 4b represent the adaptation diagrams which make it possible to judge the quality of the transfer of energy in transmission or in reception of each transducer of transmission / reception of radio frequency microwave energy represented in FIGS. 2a, 3a and 4a respectively;
- les figures 5a à 5g représentent différentes variantes d'exécution de transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, conformes à l'objet de la présente invention ;- Figures 5a to 5g show different alternative embodiments of transmission / reception transducers of microwave radio energy, according to the object of the present invention;
- la figure 6a représente un mode de réalisation avantageux, non limitatif, d'un réseau de transducteurs formé à partir ' une pluralité de transducteurs correspondant à un type de transducteur tel que représenté en figures la, 2a, 3a ou 4a ;- Figure 6a shows an advantageous, non-limiting embodiment of a network of transducers formed from a plurality of transducers corresponding to a type of transducer as shown in Figures la, 2a, 3a or 4a;
- la figure 6b représente une variante avantageuse d'un transducteur mis en oeuvre dans un réseau de transducteurs tel que représenté en figure 6a ;- Figure 6b shows an advantageous variant of a transducer used in a network of transducers as shown in Figure 6a;
-.la figure 6c représente un détail d'exécution d'un transducteur mis en oeuvre dans un réseau de transducteurs représenté en figures 5a ou 5b, ou même pour tout type de transducteur représenté en figures la, 2a, 3a ou 4a ;FIG. 6c represents a detail of execution of a transducer used in a network of transducers represented in FIGS. 5a or 5b, or even for any type of transducer represented in FIGS. 1a, 2a, 3a or 4a;
- la figure 7 représente un réseau de transducteurs conformes à l'objet de la présente invention plus particu- lièrement destiné à des opérations successives d'irradiation pour traitement d'un corps par hyperthermie, puis de mesure thermométrique de ce corps par radiométrie hyperfréquence ;FIG. 7 represents a network of transducers in accordance with the object of the present invention more particularly intended for successive irradiation operations for treatment of a body by hyperthermia, then of thermometric measurement of this body by microwave radiometry;
- la figure 8 représente, selon une vue en coupe selon un plan de symétrie radial, une installation de traitement d'un corps, constituant un milieu dissipatif, cette installation comportant un réseau de transducteurs tel que représenté en figure 7.FIG. 8 represents, in a sectional view along a radial plane of symmetry, an installation for treating a body, constituting a dissipative medium, this installation comprising a network of transducers as shown in FIG. 7.
Une description plus détaillée d'un transducteur d '.émission-réception d'énergie électrique hyperfréquence, conforme à l'objet de la présente invention, sera maintenant donnée en liaison avec la figure la et la figure lb.
En référence aux figures précitées, on indique que, d'une manière générale, le transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, objet de la présente invention, comprend, au moins, une première zone électriquement conductrice sensiblement plane, notée 1, laquelle est portée à un potentiel de référence tel qu'un potentiel de masse par exemple.A more detailed description of a microwave electrical energy transmission-reception transducer, in accordance with the object of the present invention, will now be given in conjunction with FIG. 1a and FIG. 1b. With reference to the aforementioned figures, it is indicated that, in general, the microwave radio emission-reception transducer, object of the present invention, comprises, at least, a first substantially planar electrically conductive area, denoted 1 , which is brought to a reference potential such as a ground potential for example.
Le transducteur d'émission-réception, objet de la présente invention, comporte en outre une deuxième zone, notée 2, électriquement conductrice, sensiblement plane, laquelle est superposée dans un même plan à la première zone électriquement conductrice 1. La première zone 1 et la deuxième zone 2 précitées sont alors, ainsi que représenté sur la même figure, reliées par une troisième zone 3 intermédiaire. Cette troisième zone 3 relie partiellement la première 1 et la deuxième zone 2 électriquement conductrices et permet d ' assurer la continuité électrique entre cette première et cette deuxième zone précitées.The transceiver transducer, object of the present invention, further comprises a second zone, denoted 2, electrically conductive, substantially planar, which is superimposed in the same plane on the first electrically conductive zone 1. The first zone 1 and the aforementioned second zone 2 are then, as shown in the same figure, connected by a third intermediate zone 3. This third zone 3 partially connects the first 1 and the second electrically conductive zone 2 and makes it possible to ensure electrical continuity between this first and this second zone mentioned above.
On comprend ainsi, à l'observation de la figure la précitée, que la première 1, la deuxième 2 et la troisième zone 3 sont ainsi placées dans un même plan, l'ensemble des zones ainsi agencées présentant sensiblement la forme ' un U, ainsi que représenté aux dessins.It is thus understood, on observation of the aforementioned figure, that the first 1, the second 2 and the third zone 3 are thus placed in the same plane, all the zones thus arranged having substantially the shape of a U, as shown in the drawings.
En outre, une ligne de transmission, notée 4, comporte un premier et un deuxième élément électriquement conducteurs, notés 41 et 42, le premier élément conducteur 41 étant interconnecté à la première zone électriquement conductrice 1 et étant de ce fait porté au potentiel de référence, alors que le deuxième élément conducteur 42 est lui-même électriquement couplé à la deuxième zone électriquement conductrice 2.In addition, a transmission line, denoted 4, comprises a first and a second electrically conductive element, denoted 41 and 42, the first conductive element 41 being interconnected with the first electrically conductive zone 1 and therefore being brought to the reference potential. , while the second conductive element 42 is itself electrically coupled to the second electrically conductive zone 2.
Dans un mode de réalisation non limitatif donné à seul titre d'exemple sur la figure la, on indique que la ligne de transmission précitée 4 peut avantageusement être constituée par un câble coaxial dont le blindage métallique extérieur 41 constitue le premier élément électriquement
conducteur et dont 1 ' âme centrale 42 constitue le deuxième élément conducteur.In a nonlimiting embodiment given by way of example only in FIG. 1a, it is indicated that the aforementioned transmission line 4 can advantageously be constituted by a coaxial cable of which the external metal shield 41 constitutes the first element electrically conductive and whose central core 42 constitutes the second conductive element.
Dans un tel cas, tant le conducteur externe 41 que 1 ' âme centrale 42 peuvent être brasés respectivement sur la première zone électriquement conductrice 1 et sur la deuxième zone électriquement conductrice 2.In such a case, both the external conductor 41 and the central core 42 can be brazed respectively on the first electrically conductive zone 1 and on the second electrically conductive zone 2.
En ce qui concerne le mode opératoire du transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence représenté en figure la, on indique que celui-ci, contrairement aux transducteurs actuellement connus mettant en oeuvre un processus de résonance ou au moins d ' accord de la géométrie des éléments rayonnants vis-à-vis de la longueur d'onde rayonnée, c'est-à-dire émise ou reçue, le transducteur d ' émission-réception d ' énergie radioélectrique, objet de la présente invention, opère de manière différente dans la mesure où celui-ci constitue en fait un réflecteur permettant d ' assurer un coefficient de réflexion sensiblement égal à 1 pour un spectre de fréquences très large, exceptée une bande de fréquences déterminée pour laquelle le coefficient de réflexion est fortement dégradé, le transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, objet de la présente invention, agissant donc dans cette bande de fréquences comme un élément permettant la transmission en émission, et respectivement en réception, à partir de la ligne de transmission, d'énergie radioélectrique dont la bande de fréquences correspond à la bande de fréquences non réfléchie par ce dernier.With regard to the operating mode of the microwave radio transmission-reception transducer represented in FIG. 1a, it is indicated that this, unlike the transducers currently known implementing a resonance or at least tuning process. the geometry of the radiating elements with respect to the radiated wavelength, that is to say emitted or received, the transducer of emission-reception of radioelectric energy, object of the present invention, operates so different in that it constitutes in fact a reflector making it possible to ensure a reflection coefficient substantially equal to 1 for a very wide frequency spectrum, except for a determined frequency band for which the reflection coefficient is greatly degraded, the microwave radio transmitting and receiving transducer, object of the present invention, therefore acting in this band of fr equences as an element allowing the transmission in transmission, and respectively in reception, from the transmission line, of radioelectric energy whose frequency band corresponds to the frequency band not reflected by the latter.
Un diagramme représentant le coefficient de réflexion défini par | SX11 exprimé en décibels pour le trans- ducteur d ' émission-réception d ' énergie radioélectrique hyperfréquence, objet de la présente invention, tel que représenté en figure la, est représenté en figure lb, l'axe des abscisses étant gradué en GHz et l'axe des ordonnées étant gradué en atténuation exprimée en dB par rapport à la valeur de réflexion constituant donc le niveau zéro.A diagram representing the reflection coefficient defined by | S X1 1 expressed in decibels for the transceiver of microwave radioelectric energy transmission, object of the present invention, as represented in FIG. 1a, is represented in FIG. 1b, the abscissa axis being graduated in GHz and the ordinate axis being graduated in attenuation expressed in dB relative to the reflection value thus constituting the zero level.
D'une première part, on indique que, tant la fré-
quence centrale de l'énergie radioélectrique ainsi transmise que la largeur de bande de fréquences transmises par le transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence représenté en figure la, sont physiquement dépendantes des dimensions géométriques de ce dernier.First, it is indicated that, as the central quence of the radioelectric energy thus transmitted as the bandwidth of frequencies transmitted by the transceiver transducer of microwave radioelectric energy represented in FIG. la, are physically dependent on the geometric dimensions of the latter.
Dans un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux du transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, objet de la présente invention, on indique que la première 1, la deuxième 2 et la troisième 3 zones électriquement conductrices sont venues d ' une seule et même feuille de matériau électriquement conducteur, tel qu'une feuille métallique. Cette feuille de matériau électriquement conducteur est alors pourvue d'une découpe 5 à bords sensiblement parallèles, cette découpe permettant ainsi de matérialiser la première 1, la deuxième 2 et la troisième 3 zones électriquement conductrices.In a particularly advantageous embodiment of the microwave radio transmission-reception transducer, object of the present invention, it is indicated that the first 1, the second 2 and the third 3 electrically conductive zones have come from a single sheet of electrically conductive material, such as a metallic sheet. This sheet of electrically conductive material is then provided with a cutout 5 with substantially parallel edges, this cutout thus making it possible to materialize the first 1, the second 2 and the third 3 electrically conductive zones.
On comprend bien sûr que les caractéristiques relatives à la fréquence centrale et à la largeur de la bande de fréquences de l'énergie radioélectrique transmise, soit en émission, soit en réception, par le transducteur objet de la présente invention, dépendent étroitement des dimensions géométriques constituant ce dernier.It will of course be understood that the characteristics relating to the central frequency and to the width of the frequency band of the radioelectric energy transmitted, either in transmission or in reception, by the transducer which is the subject of the present invention, closely depend on the geometric dimensions constituting the latter.
En référence à la figure la, ces paramètres ou dimensions géométriques seront définis de la manière ci- après :With reference to FIG. 1a, these parameters or geometric dimensions will be defined in the following manner:
- a et b désignent les dimensions externes maximales du transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, conforme à l'objet de la présente invention, ou, de manière plus précise, les dimensions d'un rectangle ou d'un carré dans lequel les première, deuxième et troisième zones électriquement conductrices sont inscrites. Lorsque a = b, les zones électriquement conductrices sont inscrites dans un carré ;- a and b denote the maximum external dimensions of the microwave radio transmission-reception transducer, in accordance with the subject of the present invention, or, more precisely, the dimensions of a rectangle or a square in which the first, second and third electrically conductive zones are inscribed. When a = b, the electrically conductive areas are inscribed in a square;
- c2 et c2 désignent la dimension maximale de la première, respectivement de la deuxième zone électriquement conductrices 1, 2, dans une direction parallèle à la
dimension a ;- c 2 and c 2 denote the maximum dimension of the first, respectively of the second electrically conductive area 1, 2, in a direction parallel to the dimension a;
- d désigne la longueur de la fente 5 à bords parallèles dans une direction sensiblement parallèle à la dimension b ;- d denotes the length of the slot 5 with parallel edges in a direction substantially parallel to dimension b;
- e désigne la largeur de la fente 5 dans une direction sensiblement parallèle à la dimension a ;- e denotes the width of the slot 5 in a direction substantially parallel to the dimension a;
- h désigne la dimension de la troisième zone électriquement conductrice dans une direction parallèle à la dimension b ;- h denotes the dimension of the third electrically conductive zone in a direction parallel to the dimension b;
- f désigne la distance du point de couplage du deuxième élément électriquement conducteur de la ligne de transmission à la deuxième zone électriquement conductrice 2 par rapport au bord externe du transducteur sur la fente 5 ;- f denotes the distance from the coupling point of the second electrically conductive element of the transmission line to the second electrically conductive area 2 relative to the external edge of the transducer on the slot 5;
- g désigne la distance séparant ce même point d'interconnexion du bord interne de la fente 5, c'est-à-dire de la troisième zone électriquement conductrice 3.g denotes the distance separating this same interconnection point from the internal edge of the slot 5, that is to say from the third electrically conductive zone 3.
Pour des valeurs de paramètres telles que représentées en figure la, données par le tableau ci-après :For parameter values as represented in FIG. 1a, given by the table below:
la fréquence centrale de l'énergie radioélectrique transmise, ainsi que représenté en figure lb, avait pour valeur 9,21 GHz pour une bande passante à -10 dB, c'est-à-dire une atténuation de 10 dB par rapport au niveau zéro, égale à 1,73 GHz. On comprend ainsi que le transducteur d'émission- réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, objet de la présente invention, est d'une mise en oeuvre particulièrement simple dans la mesure où la réalisation des première, deuxième et troisième zones à partir d'une seule et même feuille de matériau électriquement conducteur peut
être réalisée de manière particulièrement simple à partir d'un rectangle de feuille ou plaque métallique, en l'absence de tout support diélectrique, aux dimensions externes extremales a et b déterminées, dans lequel on découpe une fente 5 présentant les dimensions d et e précédemment mentionnées .the central frequency of the transmitted radioelectric energy, as represented in figure lb, was worth 9.21 GHz for a bandwidth at -10 dB, that is to say an attenuation of 10 dB compared to the zero level , equal to 1.73 GHz. It will thus be understood that the microwave radio emission-reception transducer, object of the present invention, is of a particularly simple implementation insofar as the production of the first, second and third zones from a single sheet of electrically conductive material can be made in a particularly simple manner from a rectangle of metal sheet or plate, in the absence of any dielectric support, with determined outer external dimensions a and b, in which a slot 5 is cut having the dimensions d and e previously mentioned.
Lorsque la ligne de transmission est formée par un câble coaxial 4, ce dernier est alors dénudé à son extrémité de connexion, de façon à dégager l'âme centrale 42. L'âme centrale 42 et l'enveloppe électriquement conductrice 41 sont ensuite connectées par brasage, par exemple, à la deuxième 2 et à la première 1 zones électriquement conductrices respectivement en déport par rapport à la troisième 3 zone de la dimension g. Différents éléments descriptifs permettant d'illustrer la dépendance physique du paramètre d'adaptation |S11 en transmission du transducteur, objet de la présente invention, vis-à-vis des dimensions géométriques de ce dernier, seront maintenant donnés à titre illustratif. Pour une fente 5 sensiblement rectangulaire, le transducteur, objet de la présente invention, présente une dimension externe maximale, c'est-à-dire une dimension a,b, comprise entre λ0/4 et λ0/2, avec λ0 = c/f0 où f0 représente la fréquence centrale de la bande de fréquences transmise ou reçue par le transducteur, objet de la présente invention, et c représente la célérité de la lumière dans l'air.When the transmission line is formed by a coaxial cable 4, the latter is then stripped at its connection end, so as to release the central core 42. The central core 42 and the electrically conductive envelope 41 are then connected by soldering, for example, to the second 2 and to the first 1 electrically conductive zones respectively offset from the third 3 zone of dimension g. Various descriptive elements making it possible to illustrate the physical dependence of the adaptation parameter | S 1 1 in transmission of the transducer, object of the present invention, with respect to the geometric dimensions of the latter, will now be given by way of illustration. For a substantially rectangular slot 5, the transducer, object of the present invention, has a maximum external dimension, that is to say a dimension a, b, between λ 0/4 and λ 0/2 , with λ 0 = c / f 0 where f 0 represents the central frequency of the frequency band transmitted or received by the transducer, object of the present invention, and c represents the speed of light in air.
L'influence des différents paramètres géométriques de la structure sur la valeur de la fréquence centrale f0 est illustrée ci-après pour un élément transducteur selon la figure 1 pris comme référence, présentant les dimensions initiales suivantes : a = 28 mm ; b = 32 mm ; c. = c2 = 12 mm, d = 28 mm ; e = 4 mm, f = 17 mm ; g = 13 mm.The influence of the different geometric parameters of the structure on the value of the central frequency f 0 is illustrated below for a transducer element according to FIG. 1 taken as a reference, having the following initial dimensions: a = 28 mm; b = 32 mm; vs. = c 2 = 12 mm, d = 28 mm; e = 4 mm, f = 17 mm; g = 13 mm.
En ce qui concerne la fréquence centrale f0 de la bande de fréquences transmise ou reçue, on indique que celle-ci est inversement proportionnelle à la longueur d de la découpe ou fente 5, c'est-à-dire à la dimension d de
celle-ci, ainsi qu'illustré par le tableau ci-après.With regard to the central frequency f 0 of the transmitted or received frequency band, it is indicated that this is inversely proportional to the length d of the cutout or slot 5, that is to say to the dimension d of this one, as illustrated by the table below.
Tableau variation de la fréquence f d'utilisation en fonction de d a = 28 mm ; cα = c2 = 12 mm ; e = 4 mm ; g = 13 mm.Table variation of the frequency f of use as a function of da = 28 mm; c α = c 2 = 12 mm; e = 4 mm; g = 13 mm.
De même, d'une manière générale, le transducteur, objet de la présente invention, présente une fréquence centrale d'émission-réception de la bande de fréquences d'énergie radioélectrique transmise ou reçue inversement proportionnelle à la distance e séparant les bords parallèles de la découpe 5, ainsi qu'illustré par le tableau ci- après .Likewise, in general, the transducer, object of the present invention, has a central transmit-receive frequency of the frequency band of transmitted or received radio energy inversely proportional to the distance e separating the parallel edges of cutout 5, as illustrated by the table below.
Tableau variation de la fréquence fA d'utilisation en fonction de e a = 28 mm ; b = 32 mm ; d = 28 mm ; g ≈ 13 mmTable variation of the frequency f A of use as a function of ea = 28 mm; b = 32 mm; d = 28 mm; g ≈ 13 mm
Dans un mode de réalisation préférentiel, la troisième zone 3 électriquement conductrice forme en fait un court-circuit entre la première 1 et la deuxième 2 zones électriquement conductrices et la découpe 5 présente, au niveau de la troisième zone électriquement conductrice 3, un bord sensiblement orthogonal aux bords parallèles de la découpe 5. Dans ce cas, la fréquence centrale f0 de la bande
de fréquences d'énergie radioélectrique transmise ou reçue est proportionnelle à la distance g séparant le point de connexion en déport de la ligne coaxiale du bord orthogonal aux bords parallèles de la découpe 5 et matérialisant la troisième zone électriquement conductrice 3, ainsi qu'illustré par le tableau ci-après.In a preferred embodiment, the third electrically conductive zone 3 in fact forms a short circuit between the first 1 and the second 2 electrically conductive zones and the cutout 5 has, at the level of the third electrically conductive zone 3, a substantially orthogonal to the parallel edges of the cutout 5. In this case, the central frequency f 0 of the strip of frequencies of transmitted or received radioelectric energy is proportional to the distance g separating the connection point offset from the coaxial line from the edge orthogonal to the parallel edges of the cutout 5 and materializing the third electrically conductive area 3, as illustrated by the table below.
Tableau variation de la fréquence f. d'utilisation en fonction de g a = 28 mm ; b = 32 mm ; cx = c2 = 12 mm ; e = 4 mm.Frequency variation table f. use depending on ga = 28 mm; b = 32 mm; c x = c 2 = 12 mm; e = 4 mm.
La fréquence centrale f0 de la bande de fréquences transmise ou reçue par le transducteur est inversement proportionnelle à la dimension externe maximale du transducteur dans la direction du câble coaxial, c'est-à-dire dans la direction de la dimension a, diminuée de la distance e séparant les bords parallèles de la découpe 5. En d'autres termes, la fréquence centrale f0 de la bande de fréquences transmise en émission ou en réception est donc inversement proportionnelle à la somme des paramètres c et c2, ainsi qu'illustré par le tableau ci-après.The central frequency f 0 of the frequency band transmitted or received by the transducer is inversely proportional to the maximum external dimension of the transducer in the direction of the coaxial cable, that is to say in the direction of the dimension a, reduced by the distance e separating the parallel edges of the cutout 5. In other words, the central frequency f 0 of the frequency band transmitted in transmission or reception is therefore inversely proportional to the sum of the parameters c and c 2 , as well as 'illustrated by the table below.
Tableau variation de la fréquence f. d'utilisation en fonction de c1 et c7 b = 32 mm ; d = 28 mm ; e = 4 mm ; g = 13 mmFrequency variation table f. of use as a function of c 1 and c 7 b = 32 mm; d = 28 mm; e = 4 mm; g = 13 mm
Enfin, pour une fréquence centrale f0 de la bande de fréquences transmise ou reçue par le transducteur conforme à l'objet de la présente invention, la largeur de la bande de fréquences transmise ou reçue est sensiblement inverse- ment proportionnelle à la distance séparant les bords parallèles de la découpe 5, c'est-à-dire le paramètre e, et sensiblement proportionnelle à la dimension externe maximale du transducteur dans la direction du câble coaxial, ou de la ligne de transmission, c'est-à-dire sensiblement proportion- nelle à la somme des paramètres c_ et c2. Finally, for a central frequency f 0 of the frequency band transmitted or received by the transducer according to the object of the present invention, the width of the frequency band transmitted or received is substantially inversely proportional to the distance separating the parallel edges of the cutout 5, that is to say the parameter e, and substantially proportional to the maximum external dimension of the transducer in the direction of the coaxial cable, or of the transmission line, that is to say substantially proportional to the sum of the parameters c_ and c 2 .
Afin de matérialiser les lois de dépendance des paramètres radioelectriques ' adaptation en émission et en réception du transducteur, objet de la présente invention, vis-à-vis des dimensions géométriques de ce dernier, différents exemples de réalisation de transducteurs particuliers, conformes à l'objet de la présente invention, seront décrits en liaison avec les figures 2a et 2b, 3a et 3b, 4a et 4b.In order to materialize the laws of dependence of the radioelectric parameters' adaptation in transmission and reception of the transducer, object of the present invention, with respect to the geometric dimensions of the latter, various examples of embodiment of particular transducers, in accordance with the object of the present invention will be described in connection with Figures 2a and 2b, 3a and 3b, 4a and 4b.
Dans le cadre du mode de réalisation représenté en figure 2a, la forme générale du transducteur, c'est-à-dire de la première 1, de la deuxième 2, de la troisième 3 zones est sensiblement circulaire. D'une manière générale, la figure géométrique formée par le bord externe de la première 1, de la deuxième 2, et de la troisième 3 zones, est sensi- blement polygonale ou circulaire.In the context of the embodiment shown in FIG. 2a, the general shape of the transducer, that is to say of the first 1, of the second 2, of the third 3 zones is substantially circular. In general, the geometric shape formed by the outer edge of the first 1, the second 2, and the third 3 zones, is substantially polygonal or circular.
En outre, l'ensemble formé par la première, 1, la deuxième 2 et la troisième 3 zone, ainsi que la découpe 5 à bords sensiblement parallèles, présente avantageusement une symétrie par rapport à l'axe longitudinal de symétrie, matérialisé par X ' X sur 1 ' ensemble des figures précitées de la découpe 5.In addition, the assembly formed by the first, 1, the second 2 and the third 3 zone, as well as the cutout 5 with substantially parallel edges, advantageously has symmetry with respect to the longitudinal axis of symmetry, materialized by X ' X on the set of the aforementioned figures of cutout 5.
Dans le cadre du mode de réalisation de la figure 2a, les différents paramètres géométriques avaient les valeurs ci-après :
In the context of the embodiment of FIG. 2a, the different geometric parameters had the following values:
Ainsi que représenté en outre sur la figure 2b, la fréquence centrale f0 est égale à 3,23 GHz et la bande passante à -10 dB est égale à 0,6 GHz.As also shown in FIG. 2b, the central frequency f 0 is equal to 3.23 GHz and the bandwidth at -10 dB is equal to 0.6 GHz.
Dans le cas du mode de réalisation de la figure 3a, les paramètres géométriques avaient la valeur ci-après :In the case of the embodiment of FIG. 3a, the geometric parameters had the following value:
Dans ce mode de réalisation, ainsi que représenté en figure 3b, la fréquence centrale f0 est égale à 3,0 GHz et la largeur de la bande passante à -10 dB de l'énergie radioélectrique transmise en émission-réception est égale àIn this embodiment, as shown in FIG. 3b, the central frequency f 0 is equal to 3.0 GHz and the bandwidth width at -10 dB of the radio energy transmitted in transmission-reception is equal to
0,43 GHz.0.43 GHz.
Enfin, le mode de réalisation de la figure 4a correspond à une forme polygonale particulière de 1 ' ensemble formé par la première, la deuxième, la troisième zone électriquement conductrices précédemment citées, dans laquelle la forme générale, polygonale, est inscrite dans un rectangle de dimension a et b correspondante.Finally, the embodiment of FIG. 4a corresponds to a particular polygonal shape of the assembly formed by the first, the second, the third electrically conductive zone previously mentioned, in which the general, polygonal shape is inscribed in a rectangle of corresponding dimension a and b.
Dans le mode de réalisation représenté en figure 4a, les valeurs des paramètres géométriques sont indiquées dans le tableau ci-après :In the embodiment shown in FIG. 4a, the values of the geometric parameters are indicated in the table below:
Alors que la forme générale correspond à celle d'un rectangle complété par une partie circulaire constituant le bord externe commun de la première, de la deuxième et de la troisième zone opposé à l'ouverture de la fente 5, la fréquence centrale f0 dans ce mode de réalisation est égale à 3,27 GHz et la largeur de la bande passante à -10 dB de 1 ' énergie radioélectrique transmise en émission-réception est égale à 0,278 GHz. D'une manière générale, on indique que, aux premièreWhile the general shape corresponds to that of a rectangle completed by a circular part constituting the common external edge of the first, second and third zones opposite to the opening of the slot 5, the central frequency f 0 in this embodiment is equal to 3.27 GHz and the bandwidth at -10 dB of the radio energy transmitted in transmission-reception is equal to 0.278 GHz. In general, it is indicated that, at the first
1, deuxième 2, et troisième 3 zones interconnectées par le câble coaxial 4, peut en outre être associée une plaque métallique 6, ou, le cas échéant, un boîtier métallique placé dans un plan parallèle aux zones électriquement conductrices, ainsi que représenté en figure 5a. Le boîtier métallique ou plan métallique réflecteur 6 est alors placé sensiblement dans un plan parallèle aux zones électriquement conductrices 1, 2 et 3, côté ligne de transmission ou câble coaxial, ainsi que représenté sur la figure précitée. La plaque métallique ou le boîtier métallique ouverts d'un côté permettent ainsi d'améliorer la directivité du transducteur. Le transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, objet de la présente invention, tel que représenté en figure 5a, peut alors être facilement implanté en site industriel en l'absence de modifications importantes de l'environnement du transducteur.1, second 2, and third 3 zones interconnected by the coaxial cable 4, can also be associated with a metal plate 6, or, where appropriate, a metal housing placed in a plane parallel to the electrically conductive zones, as shown in FIG. 5a. The metallic casing or reflective metallic plane 6 is then placed substantially in a plane parallel to the electrically conductive zones 1, 2 and 3, on the transmission line or coaxial cable side, as shown in the above-mentioned figure. The metal plate or the metal case open on one side thus improves the directivity of the transducer. The microwave radio emission-reception transducer, object of the present invention, as shown in FIG. 5a, can then be easily installed on an industrial site in the absence of significant modifications to the environment of the transducer.
On notera, ainsi que représenté précédemment dans la description en liaison avec les figures la à 5a, que le transducteur en émission-réception d'énergie radioélectri-
que, conforme à l'objet de la présente invention, peut aisément être mis en oeuvre en l'absence de tout support diélectrique des première, deuxième et troisième zones électriquement conductrices précédemment mentionnées. Dans un tel cas, l'absence de matériau diélectrique a pour conséquence l'utilisation possible de ce type de transducteur, tant à l'émission qu'à la réception, dans des applications de traitement par hyperthermie lorsque le transducteur est utilisé à l'émission, respectivement de mesure de la température interne d'un corps par radiométrie lorsque ce transducteur est utilisé en réception.It will be noted, as shown previously in the description in conjunction with FIGS. 1a to 5a, that the transducer in transmission-reception of radioelectric energy that, in accordance with the object of the present invention, can easily be implemented in the absence of any dielectric support of the first, second and third electrically conductive zones previously mentioned. In such a case, the absence of dielectric material results in the possible use of this type of transducer, both on emission and on reception, in hyperthermia treatment applications when the transducer is used for emission, respectively measurement of the internal temperature of a body by radiometry when this transducer is used in reception.
On comprend en particulier que ce type de transducteur est particulièrement bien adapté à une utilisation double de ce "type, Par commutation des voies d'émission, respectivement de réception d'un appareil approprié, non représenté aux dessins, la mesure de température interne du corps, par radiométrie, pouvant de manière particulièrement avantageuse être réalisée en 1 ' absence de toute erreur de température introduite par le rayonnement propre d'un support diélectri- que qui serait rapporté afin d'assurer la mise en oeuvre d'un tel transducteur.It will be understood in particular that this type of transducer is particularly well suited to a dual use of this "type, by switching the transmission or reception channels of an appropriate device, not shown in the drawings, for internal temperature measurement. of the body, by radiometry, which can particularly advantageously be carried out in the absence of any temperature error introduced by the own radiation of a dielectric support which would be added in order to ensure the implementation of such a transducer .
Toutefois, lorsque le transducteur, objet de la présente invention, est destiné à une unique utilisation en réception pour la mesure de la température d'un corps par radiométrie en vue d'applications médicales, il peut être avantageux, ainsi que représenté en figure 5b, de réaliser l'ensemble de la première, de la deuxième et de la troisième zone électriquement conductrices à partir d'une feuille de KAPTON métallisée sur l'une de ses faces, dans laquelle, outre la découpe permettant la matérialisation du polygone ou du cercle externe de l'ensemble, la découpe de la fente est alors réalisée. Dans ce cas, l'ensemble des zones électriquement conductrices est alors supporté par la feuille de KAPTON aux mêmes dimensions que celles de la métallisation constituant l'ensemble précité et portant la référence 7 sur la figure 5b. La feuille de KAPTON propre-
ment dite 7 peut être de faible épaisseur, 1 mm par exemple, voire 50 μm, afin de constituer ainsi une lame de matériau diélectrique commune aux zones électriquement conductrices précitées. Le matériau diélectrique choisi, tel que le KAPTON, est un matériau diélectrique à faibles pertes radioelectriques .However, when the transducer, object of the present invention, is intended for a single use in reception for the measurement of the temperature of a body by radiometry for medical applications, it may be advantageous, as shown in FIG. 5b , to produce all of the first, second and third electrically conductive zones from a sheet of KAPTON metallized on one of its faces, in which, in addition to the cut allowing the materialization of the polygon or of the outer circle of the assembly, the slot is then cut. In this case, all of the electrically conductive zones are then supported by the KAPTON sheet with the same dimensions as those of the metallization constituting the aforementioned assembly and bearing the reference 7 in FIG. 5b. The clean KAPTON sheet- ment said 7 may be of small thickness, 1 mm for example, or even 50 μm, in order to thus constitute a strip of dielectric material common to the aforementioned electrically conductive areas. The dielectric material chosen, such as KAPTON, is a dielectric material with low radioelectric losses.
Différents modes de réalisation avantageux d'un transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, conforme à l'objet de la présente invention, dans le cas où ce transducteur formé par la première, la deuxième et la troisième zone électriquement conductrices 1, 2, 3 précitées, comporte en outre une couche ou substrat de matériau diélectrique supportant 1 ' ensemble de ces dernières, seront maintenant donnés en liaison avec les figures 5c, 5d et 5e.Different advantageous embodiments of a microwave radio transmission-reception transducer, in accordance with the object of the present invention, in the case where this transducer formed by the first, second and third electrically conductive zones 1 , 2, 3 above, further comprises a layer or substrate of dielectric material supporting one set thereof, will now be given in connection with Figures 5c, 5d and 5e.
La figure 5c correspond au cas où la ligne de transmission couplée à la première et à la deuxième zone électriquement conductrices est constituée par une ligne coaxiale, ainsi que représenté en figure la par exemple. Toutefois, les première, deuxième et troisième zones électriquement conductrices précitées peuvent dans ce cas-là être réalisées à partir d'un substrat diélectrique comportant une métallisation sur une de ses faces, la découpe 5 étant ménagée par exemple sur la seule métallisation. De la même manière, les figures 5d et 5e représentent également la mise en oeuvre d'un transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, conforme à l'objet de la présente invention, dans lequel un substrat diélectrique est associé à 1 ' ensemble des zones électriquement conductrices, mais où toutefois la ligne de transmission couplée à ces dernières est constituée par une ligne micro-ruban ou micro-bande. Dans un tel cas, le transducteur, objet de la présente invention, comporte successivement, dans des plans parallèles successifs distribués selon une direction orthogonale au plan contenant la première, la deuxième et la troisième zone, une première
couche de matériau diélectrique munie, sur la face opposée au plan contenant les zones électriquement conductrices, d'une ligne de type micro-ruban remplaçant la ligne coaxiale. Un tel mode de réalisation est représenté en figureFIG. 5c corresponds to the case where the transmission line coupled to the first and to the second electrically conductive zone is constituted by a coaxial line, as shown in FIG. 1a for example. However, the aforementioned first, second and third electrically conductive zones can in this case be produced from a dielectric substrate comprising a metallization on one of its faces, the cutout 5 being formed for example on the single metallization. In the same way, FIGS. 5d and 5e also show the implementation of a microwave radio transmission-reception transducer, in accordance with the object of the present invention, in which a dielectric substrate is associated with 1 'set of electrically conductive areas, but where however the transmission line coupled to the latter is constituted by a microstrip or microstrip line. In such a case, the transducer, object of the present invention, comprises successively, in successive parallel planes distributed in a direction orthogonal to the plane containing the first, the second and the third zone, a first layer of dielectric material provided, on the face opposite to the plane containing the electrically conductive areas, with a line of microstrip type replacing the coaxial line. Such an embodiment is represented in figure
5d.5d.
En outre, ainsi que représenté en figure 5e, une deuxième couche de matériau diélectrique 41 peut être prévue de façon à recouvrir la première couche 40 de matériau diélectrique et la ligne micro-ruban pour réaliser une ligne micro-ruban protégée.In addition, as shown in FIG. 5e, a second layer of dielectric material 41 can be provided so as to cover the first layer 40 of dielectric material and the microstrip line to produce a protected microstrip line.
Enfin, une métallisation jouant le rôle de plan réflecteur 6 peut alors être prévue, de façon à recouvrir la face opposée de la deuxième couche de matériau diélectrique recouvrant la première.Finally, a metallization playing the role of reflective plane 6 can then be provided, so as to cover the opposite face of the second layer of dielectric material covering the first.
Dans le cas des modes de réalisation des figures 5d et 5e, la ligne micro-bande ou micro-ruban est alors couplée de manière connue en soi dans le cadre de la mise en oeuvre des lignes micro-bandes et micro-ruban, de façon capacitive aux zones électriquement conductrices 1, 2 et 3 précitées. Le plan réflecteur 6 de la figure 5e joue le même rôle que dans le cas de la figure 5a.In the case of the embodiments of FIGS. 5d and 5e, the microstrip or microstrip line is then coupled in a manner known per se in the context of the implementation of the microstrip and microstrip lines, so capacitive to the aforementioned electrically conductive zones 1, 2 and 3. The reflective plane 6 of FIG. 5e plays the same role as in the case of FIG. 5a.
Les figures 5f et 5g sont relatives à un mode de réalisation plus particulier du transducteur en émission- réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, objet de la présente invention, plus particulièrement destiné à des applications médicales ou biomédicales.FIGS. 5f and 5g relate to a more particular embodiment of the transducer in transmission-reception of microwave radio energy, object of the present invention, more particularly intended for medical or biomedical applications.
La figure 5f représente une vue de face d'un tel transducteur et la figure 5g représente une vue en coupe selon le plan de coupe Q de la figure 5f de ce même transducteur.Figure 5f shows a front view of such a transducer and Figure 5g shows a sectional view along the section plane Q of Figure 5f of the same transducer.
Dans un tel type d'application, l'ensemble des zones électriquement conductrices 1, 2 et 3, peut avantageusement être réalisé à partir d'une feuille mince de KAPTON d'épais- seur de l'ordre de 75 μm, métallisée sur une de ses faces, cette feuille de KAPTON portant la référence 40 sur la
figure 5g. L'ensemble constitué par le transducteur et la ligne de transmission représentée sous forme d'une ligne coaxiale par exemple dans le cas des figures 5f et 5g, peut alors avantageusement être enrobé dans un matériau souple non allergisant, portant la référence 43. L'enrobage ainsi constitué permet avantageusement de réaliser une pastille d'application sur des tissus biologiques sensibles par exemple. L'épaisseur de l'ensemble, représenté dans le plan de coupe de la figure 5g, n'excède pas alors une valeur de 1 ' ordre de 5 mm et le diamètre de la zone circulaire constituant la pastille d'application telle que représentée en figure 5f ou 5g n'excède pas 30 mm. Une métallisation jouant le rôle de plan réflecteur 6 est réalisée sur la face externe du matériau non allergisant dans un plan parallèle aux zones électriquement conductrices 1, 2 et 3.In such a type of application, all of the electrically conductive zones 1, 2 and 3 can advantageously be produced from a thin sheet of KAPTON with a thickness of the order of 75 μm, metallized on a of its faces, this sheet of KAPTON bearing the reference 40 on the Figure 5g. The assembly constituted by the transducer and the transmission line represented in the form of a coaxial line for example in the case of FIGS. 5f and 5g, can then advantageously be coated in a flexible non-allergenic material, bearing the reference 43. The coating thus formed advantageously makes it possible to produce an application tablet on sensitive biological tissues for example. The thickness of the assembly, represented in the cutting plane of FIG. 5g, does not then exceed a value of one order of 5 mm and the diameter of the circular zone constituting the application patch as shown in figure 5f or 5g does not exceed 30 mm. Metallization playing the role of reflective plane 6 is produced on the external face of the non-allergenic material in a plane parallel to the electrically conductive zones 1, 2 and 3.
Bien entendu, en raison de sa structure mécanique particulièrement simple, le transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique, objet de la présente invention, se prête particulièrement bien à la réalisation de transducteurs élémentaires d ' émission et/ou de réception de forme complexe, lesquels peuvent alors être organisés en réseaux, ainsi qu'il sera décrit ci-après dans la description.Of course, because of its particularly simple mechanical structure, the radio-electric transmission-reception transducer, object of the present invention, lends itself particularly well to the production of elementary form-transmitting and / or receiving transducers. complex, which can then be organized into networks, as will be described below in the description.
Ainsi que représenté en particulier sur la figure 6a, un tel réseau de transducteurs d'émission-réception d ' énergie radioélectrique hyperfréquence peut comprendre une pluralité de transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique, ainsi que décrit précédemment dans la description. Sur la figure 6a, ces transducteurs sont représentés de manière non limitative comme présentant une forme rectangulaire, l'ouverture de la fente 5 ou découpe étant orientée dans la même direction.As shown in particular in FIG. 6a, such a network of microwave radio transmission-reception transducers may comprise a plurality of radio-frequency transmission-reception transducers, as described previously in the description. In FIG. 6a, these transducers are shown in a nonlimiting manner as having a rectangular shape, the opening of the slot 5 or cutout being oriented in the same direction.
Ainsi qu'on l'observera sur la figure 6a précitée, la pluralité de transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique est alors arrangée dans un plan commun en une matrice bidirectionnelle, dans une direction XY selon
deux directions sensiblement orthogonales. Chaque transducteur, noté T±i sur la figure 6a, peut alors être repéré par son adresse en XY ainsi que représenté sur la figure 6a. De préférence, l'arrangement de transducteurs peut être réalisé à partir d'un support diélectrique, noté SD, sensiblement rigide, dans lequel différentes fenêtres sont ménagées à 1 ' emplacement de chacun des transducteurs Ti . Chaque fenêtre Fij est alors adaptée de façon à présenter des dimensions convenables de manière à ménager un espace communiquant avec la découpe ou fente 5. Cet espace communiquant avec la fente ou découpe 5 permet d ' assurer le fonctionnement de chaque transducteur r∑ij dans des conditions convenables de rayonnement en émission et en réception, indépendamment de la présence des transducteurs voisins. De préférence, chaque transducteur i peut être muni d'un système de commande d'alimentation/réception d'énergie électrique hyperfréquence indépendant.As will be observed in FIG. 6a above, the plurality of radio-frequency transmission-reception transducers is then arranged in a common plane in a bidirectional matrix, in an XY direction along two substantially orthogonal directions. Each transducer, noted T ± i in FIG. 6a, can then be identified by its address in XY as shown in FIG. 6a. Preferably, the arrangement of transducers can be produced from a dielectric support, denoted SD, substantially rigid, in which different windows are provided at the location of each of the transducers T i . Each window Fi j is then adapted so as to have suitable dimensions so as to provide a space communicating with the cutout or slot 5. This space communicating with the slot or cutout 5 makes it possible to ensure the operation of each transducer r ∑ ij in suitable radiation conditions in transmission and reception, independently of the presence of neighboring transducers. Preferably, each transducer i can be provided with an independent microwave power supply / reception control system.
De préférence, et afin de simplifier la mise en oeuvre d'un réseau de transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique tel que représenté en figure 6a, on indique que chaque transducteur Ti;j présente avantageusement les mêmes dimensions géométriques et, en conséquence, les mêmes paramètres de rayonnement, fréquence centrale et largeur de la bande de fréquences transmise à -10 dB. Dans de telles conditions, on indique que le système de commande d ' alimentation/réception d 'énergie radioélectrique hyperfréquence indépendant peut avantageusement être constitué par des câbles coaxiaux, représentés en pointillé sur la figure 6a en raison du fait que ces câbles coaxiaux sont placés par exemple derrière le plan du support diélectrique SB, ces câbles coaxiaux pouvant être reliés par des tés magiques, assurant une transmission convenable de l'énergie radioélectrique hyperfréquence en émission et en réception, ainsi que de commutateurs hyperfréquence permettant la commande de l'alimentation séparée de l'un ou l'autre des transducteurs
Enfin, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, tel que représenté en figure 6b, chaque transducteur d'émission-réception T±j peut avantageusement être monté à rotation par rapport à un axe de rotation contenu dans le plan commun des zones électriquement conductrices 1, 2 et 3, cet axe de rotation étant symbolisé par l'axe d'un moteur portant la référence R sur la figure 6b. L'axe de rotation R et en conséquence chaque transducteur d'émission- réception Tii est en outre couplé mécaniquement à un moyen d'entraînement en rotation, désigné par M, autour de l'axe de rotation R précité. Le moyen d'entraînement M peut être réalisé par exemple par un micro-moteur, tel qu'un micro-moteur pas-à-pas, par exemple. Ce mode de réalisation permet ainsi de modifier l'orientation en inclinaison de chaque transducteur d 'émission-réception par rapport au plan commun et d'adapter ainsi le diagramme d'émission-réception résultant du réseau, pour une application considérée.Preferably, and in order to simplify the implementation of a network of radio-electric transmission-reception transducers as shown in FIG. 6a, it is indicated that each transducer T i; j advantageously has the same geometric dimensions and, consequently, the same radiation parameters, center frequency and width of the transmitted frequency band at -10 dB. Under such conditions, it is indicated that the independent microwave radio power / reception control system can advantageously be constituted by coaxial cables, represented in dotted lines in FIG. 6a due to the fact that these coaxial cables are placed by example behind the plan of the dielectric support SB, these coaxial cables being able to be connected by magic tees, ensuring a suitable transmission of the radio frequency microwave energy in emission and reception, as well as microwave switches allowing the control of the separate supply of either of the transducers Finally, in a particularly advantageous embodiment, as shown in FIG. 6b, each transceiver transducer T ± j can advantageously be mounted for rotation relative to an axis of rotation contained in the common plane of the electrically conductive areas 1 , 2 and 3, this axis of rotation being symbolized by the axis of a motor bearing the reference R in FIG. 6b. The axis of rotation R and consequently each transmit-receive transducer T ii is also mechanically coupled to a rotation drive means, designated by M, around the aforementioned axis of rotation R. The drive means M can be produced for example by a micro-motor, such as a stepping micro-motor, for example. This embodiment thus makes it possible to modify the orientation in inclination of each transmission-reception transducer with respect to the common plane and thus to adapt the transmission-reception diagram resulting from the network, for a given application.
En outre, la figure 6c représente un mode de connexion possible de chaque té magique, noté TEi:) sur la figure 6a aux zones électriquement conductrices constitutives de chaque transducteur T±J .In addition, FIG. 6c represents a possible mode of connection of each magic tee, denoted TE i :) in FIG. 6a, to the electrically conductive zones constituting each transducer T ± J.
Le mode de réalisation du réseau de transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, tel que représenté en figures 6a à 6c, permet de réduire au minimum le rayonnement parasite dû au substrat diélectrique SB. En effet, contrairement aux antennes plaquées de type classique pour lesquelles le champ électrique est très important à l'intérieur du substrat diélectrique, ce champ introduisant de ce fait une contribution non négligeable dans le signal radiométrique total, la disposition de chaque transducteur Tii dans chaque fenêtre ménagée dans le substrat diélectrique SB permet ainsi de réduire fortement le signal parasite introduit dans le signal radiométrique résultant. Bien entendu, d'autres formes de réseaux mettant en oeuvre une pluralité de transducteurs d'émission-réception
conformes à l'objet de la présente invention, peuvent être envisagées.The embodiment of the network of microwave radio transmission-reception transducers, as shown in FIGS. 6a to 6c, makes it possible to minimize the parasitic radiation due to the dielectric substrate SB. In fact, unlike conventional type plated antennas for which the electric field is very large inside the dielectric substrate, this field thereby introducing a non-negligible contribution into the total radiometric signal, the arrangement of each transducer T ii in each window formed in the dielectric substrate SB thus makes it possible to greatly reduce the parasitic signal introduced into the resulting radiometric signal. Of course, other forms of networks using a plurality of transmit-receive transducers in accordance with the object of the present invention, can be envisaged.
Un mode de réalisation particulièrement avantageux, destiné à des applications biomédicales par exemple, sera maintenant décrit en liaison avec les figures 7 et 8.A particularly advantageous embodiment, intended for biomedical applications for example, will now be described in conjunction with FIGS. 7 and 8.
Selon la figure 7, le transducteur d'émission- réception d ' énergie radioélectrique hyperfréquence comprend un ensemble de transducteurs, lesquels sont organisés par rapport à un centre de symétrie, noté C. Ces transducteurs sont organisés selon un transducteur élémentaire d'émission, ce transducteur élémentaire d'émission étant formé par une pluralité de transducteurs, notés TE.., TE2, TE3 et TE4, lesquels sont orientés à 90° les uns des autres dans le plan de la figure. Les transducteurs d'émission précités sont alimentés à partir d'une source commune d'énergie hyperfréquence, par exemple au moyen d'un câble coaxial et de tés magiques, ainsi que décrit précédemment en relation avec la figure 6a.According to FIG. 7, the microwave radio emission-reception transducer comprises a set of transducers, which are organized with respect to a center of symmetry, denoted C. These transducers are organized according to an elementary emission transducer, this elementary emission transducer being formed by a plurality of transducers, denoted TE .., TE 2 , TE 3 and TE 4 , which are oriented at 90 ° from each other in the plane of the figure. The abovementioned emission transducers are supplied from a common source of microwave energy, for example by means of a coaxial cable and magic tees, as described previously in relation to FIG. 6a.
Le transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence représenté en figure 7 comporte également, organisée par rapport à ce même centre de symétrie commun C, une pluralité de transducteurs d'énergie radioélectrique hyperfréquence, notée T ^ TR2, TR3 et TR4, lesquels sont connectés à un circuit de réception commun d'énergie hyperfréquence. Les transducteurs précités peuvent être connectés par l'intermédiaire d'une ligne coaxiale et de tés magiques de la même manière que dans le cas des transducteurs d'émission. Les transducteurs TR_ à TR4 sont organisés en un transducteur élémentaire dit de réception.The microwave radio emission-reception transducer represented in FIG. 7 also comprises, organized with respect to this same common center of symmetry C, a plurality of microwave radio energy transducers, denoted T ^ TR 2 , TR 3 and TR 4 , which are connected to a common microwave energy receiving circuit. The above transducers can be connected via a coaxial line and magic tees in the same way as in the case of emission transducers. The transducers TR_ to TR 4 are organized into an elementary transducer called reception.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, tel que représenté en figure 7, les transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence 1E1 à TE4 et TR} à TR4 sont constitués chacun par une première 1, une deuxième 2 et une troisième 3 zones électriquement conductrices, formant un secteur circulaire
muni d'une découpe 5, laquelle est placée sur l'axe longitudinal de symétrie de chacun des secteurs circulaires précités. Les transducteurs TRX à TR4 sont en outre distribués dans le plan à 90° les uns des autres, les transduc- teurs TE-L à TE4 et TRX à TR4 étant en outre imbriqués et distribués en pétales par rapport au centre de symétrie C, ainsi que représenté sur la figure 7.In a particularly advantageous embodiment, as shown in FIG. 7, the microwave radio transmission-reception transducers 1E 1 to TE 4 and TR } to TR 4 each consist of a first 1, a second 2 and a third 3 electrically conductive zones, forming a circular sector provided with a cutout 5, which is placed on the longitudinal axis of symmetry of each of the aforementioned circular sectors. The transducers TR X to TR 4 are also distributed in the plane at 90 ° from each other, the transducers TE- L to TE 4 and TR X to TR 4 being furthermore nested and distributed in petals relative to the center of symmetry C, as shown in FIG. 7.
Sur la figure 7, on a ainsi représenté les éléments constitutifs de chacun des transducteurs précités pour les seuls transducteurs TEX et TRX, afin de ne pas surcharger le dessin. On comprend ainsi que les transducteurs TEX à TE4 opèrent comme applicateurs d'énergie radioélectrique, alors que les transducteurs TRX à TR4 opèrent au contraire en capteurs radiométriques . Sur la figure 8, on a représenté une installation complète permettant d ' effectuer un traitement par hyperther- mie et une mesure radiométrique de température d ' un milieu dissipatif, cette installation étant munie d'un transducteur tel que représenté en figure 7. La figure 8 est représentée dans un plan de coupe correspondant au plan de coupe X'X de la figure 7. L'installation comporte à ce titre un boîtier métallique, noté BM, muni à son extrémité ouverte d'un tube périphérique en matériau plastique, noté TU, ce tube étant destiné à recevoir une circulation d'eau à température constante. Le boîtier métallique est muni à son sommet d'un capteur infrarouge centré sur le centre de symétrie C du transducteur, ce capteur infrarouge étant ainsi en vision directe de 1 ' ouverture centrale du transducteur représenté en figure 7. Le capteur infrarouge IRC permet d'effectuer des mesures de rayonnement du milieu dissipatif, afin de contrôler l'évolution en température de l'ensemble, principalement de sa surface.In FIG. 7, the constituent elements of each of the aforementioned transducers have thus been shown for the TE X and TR X transducers alone, so as not to overload the drawing. It is thus understood that the transducers TE X to TE 4 operate as applicators of radioelectric energy, while the transducers TR X to TR 4 operate on the contrary in radiometric sensors. FIG. 8 shows a complete installation enabling hyperthermia treatment and a radiometric temperature measurement of a dissipative medium to be carried out, this installation being provided with a transducer as shown in FIG. 7. FIG. 8 is shown in a section plane corresponding to the section plane X'X of FIG. 7. The installation therefore includes a metal case, denoted BM, provided at its open end with a peripheral tube made of plastic material, denoted TU, this tube being intended to receive a circulation of water at constant temperature. The metal housing is provided at its top with an infrared sensor centered on the center of symmetry C of the transducer, this infrared sensor thus being in direct vision of the central opening of the transducer shown in FIG. 7. The IRC infrared sensor makes it possible to carry out radiation measurements of the dissipative medium, in order to control the temperature evolution of the assembly, mainly of its surface.
On a ainsi décrit un transducteur d'émission- réception d ' énergie radioélectrique hyperfréquence particu- lièrement performant, dans la mesure où ce type de transducteur peut être utilisé en traitement par hyperthermie micro-
onde contrôlée par radiométrie micro-onde en vue de traitements médicaux. Dans un tel cas, le transducteur peut alors être conçu de façon à fonctionner à la fois en émission et en réception, de façon alternée. Ce type de transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence peut également être utilisé comme capteur de température. Un mode de réalisation particulier a permis de réaliser un capteur spécifique de faible dimension, destiné à fonctionner dans une gamme de températures comprises entre 25 et 45 °C, afin de contrôler de manière non-invasive la température interne de nouveaux- nés prématurés. Dans un tel cas, bien sûr, la structure du transducteur est sensiblement simplifiée et peut correspondre à celle qui est représentée en figure 5f . Un autre mode de réalisation particulier a permis de réaliser un capteur spécifique destiné à fonctionner dans une gamme de températures comprises entre -40°C et +50°C, afin de contrôler de manière non invasive la température interne de matériaux de type agro-alimentaire en phase de congélation ou surgéla- tion. Dans un tel cas, la structure du transducteur correspond à celle représentée en figure 5a.
A particularly efficient microwave radio transmission-reception transducer has thus been described, insofar as this type of transducer can be used in treatment by micro- hyperthermia. wave controlled by microwave radiometry for medical treatment. In such a case, the transducer can then be designed so as to operate both in transmission and in reception, alternately. This type of microwave radio transmission-reception transducer can also be used as a temperature sensor. A particular embodiment made it possible to produce a specific sensor of small size, intended to operate in a range of temperatures between 25 and 45 ° C., in order to non-invasively monitor the internal temperature of premature newborns. In such a case, of course, the structure of the transducer is substantially simplified and may correspond to that shown in FIG. 5f. Another particular embodiment made it possible to produce a specific sensor intended to operate in a range of temperatures between -40 ° C. and + 50 ° C., in order to non-invasively control the internal temperature of materials of the agro-food type. in the freezing or deep-freezing phase. In such a case, the structure of the transducer corresponds to that shown in FIG. 5a.
Claims
1. Transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, comportant au moins une première zone, électriquement conductrice, sensiblement plane, portée à un potentiel de référence, une deuxième zone, électriquement conductrice, sensiblement plane, superposée dans un même plan à la première zone électriquement conductrice, une troisième zone, intermédiaire, reliant partiellement la première et la deuxième zone électriquement conductrices et assurant la continuité électrique entre la première et la deuxième zone électriquement conductrices, la première, la deuxième et la troisième zone étant venues d ' une seule et même feuille de matériau électriquement conducteur, ladite feuille de matériau électriquement conducteur comportant une découpe, à bords sensiblement parallèles, matérialisant la première, la deuxième et la troisième zone, une ligne de transmission comportant un premier et un deuxième élément électriquement conducteur, le premier élément conducteur interconnecté à ladite première zone électriquement conductrice étant porté au potentiel de référence et le deuxième élément conducteur étant électriquement couplé à la deuxième zone électriquement conductrice, caractérisé en ce que ladite découpe est sensiblement rectangulaire, ledit transducteur présentant une dimension externe maximale comprise entre λ0/4 et λ0/2 avec λ0=c/f0 où f0 représente la fréquence centrale de la bande de fréquences transmise ou reçue par ledit transducteur et c représente la célérité de la lumière dans l'air.1. Transceiver for transmission and reception of microwave radio energy, comprising at least a first zone, electrically conductive, substantially planar, brought to a reference potential, a second zone, electrically conductive, substantially planar, superimposed in the same plane at the first electrically conductive zone, a third, intermediate zone, partially connecting the first and the second electrically conductive zone and ensuring the electrical continuity between the first and the second electrically conductive zone, the first, the second and the third zone having come from a single sheet of electrically conductive material, said sheet of electrically conductive material comprising a cut, with substantially parallel edges, materializing the first, the second and the third zone, a transmission line comprising a first and a second element electrically c a conductor, the first conductive element interconnected to said first electrically conductive area being brought to the reference potential and the second conductive element being electrically coupled to the second electrically conductive area, characterized in that said cutout is substantially rectangular, said transducer having an external dimension maximum between λ 0/4 and λ 0/2 with λ 0 = c / f 0 where f 0 represents the center frequency of the frequency band transmitted or received by said transducer and c represents the speed of light in the air .
2. Transducteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite ligne de transmission est formée par un câble coaxial dénudé à son extrémité de connexion, de façon à dégager l'âme centrale, l'âme centrale et l'enveloppe électriquement conductrice étant connectées à la deuxième respectivement la première zone électriquement conductrice en déport par rapport à ladite troisième zone.2. Transducer according to claim 1, characterized in that said transmission line is formed by a coaxial cable stripped at its connection end, so as to release the central core, the central core and the electrically conductive casing being connected to the second respectively the first electrically conductive zone offset from said third zone.
3. Transducteur selon la revendication 1, caracté-
rise en ce que ledit transducteur présente une fréquence centrale f0 de la bande de fréquences transmise ou reçue inversement proportionnelle à la longueur de ladite découpe.3. A transducer according to claim 1, character- ensures that said transducer has a central frequency f 0 of the frequency band transmitted or received inversely proportional to the length of said cut.
4. Transducteur selon la revendication 1, caracté- rise en ce que ledit transducteur présente une fréquence centrale f0 de la bande de fréquences transmise ou reçue inversement proportionnelle à la distance séparant lesdits bords parallèles de la découpe.4. Transducer according to claim 1, characterized in that said transducer has a central frequency f 0 of the frequency band transmitted or received inversely proportional to the distance separating said parallel edges of the cutout.
5. Transducteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite troisième zone formant un court-circuit entre la première et la deuxième zone, ladite découpe présente au niveau de ladite troisième zone un bord sensiblement orthogonal auxdits bords sensiblement parallèles, ladite fréquence centrale de la bande de fréquences transmise ou reçue étant proportionnelle à la distance séparant le point de connexion en déport de la ligne coaxiale du bord sensiblement orthogonal matérialisant ladite troisième zone.5. Transducer according to claims 1 and 2, characterized in that said third zone forming a short circuit between the first and the second zone, said cutout has at said third zone an edge substantially orthogonal to said substantially parallel edges, said frequency center of the transmitted or received frequency band being proportional to the distance separating the connection point offset from the coaxial line of the substantially orthogonal edge materializing said third zone.
6. Transducteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que celui-ci présente une fréquence centrale f0 de la bande de fréquences transmise ou reçue inversement proportionnelle à la dimension externe maximale du transducteur dans la direction du câble coaxial, diminuée de la distance séparant les bords parallèles de ladite découpe.6. Transducer according to claims 1 and 2, characterized in that it has a central frequency f 0 of the frequency band transmitted or received inversely proportional to the maximum external dimension of the transducer in the direction of the coaxial cable, reduced by the distance between the parallel edges of said cut.
7. Transducteur selon 1 ' une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour une fréquence centrale f0 de la bande de fréquences transmise ou reçue par ledit transducteur, ladite bande de fréquences est sensiblement inversement proportionnelle à la distance séparant les bords parallèles de ladite découpe et sensiblement proportionnelle à la dimension externe maximale dudit transducteur dans la direction du câble coaxial, diminuée de ladite distance séparant les bords parallèles de ladite découpe. 7. Transducer according to one of claims 1 to 6, characterized in that, for a central frequency f 0 of the frequency band transmitted or received by said transducer, said frequency band is substantially inversely proportional to the distance between the edges parallel to said cut and substantially proportional to the maximum external dimension of said transducer in the direction of the coaxial cable, reduced by said distance separating the parallel edges of said cut.
8. Transducteur selon l'une des revendications 1 ou8. Transducer according to one of claims 1 or
2, caractérisé en ce que, auxdites première, deuxième et
troisième zones interconnectées par ledit câble coaxial, est en outre associée au moins une plaque métallique, placée dans un plan parallèle auxdites zones côté câble coaxial, ladite plaque métallique permettant d'améliorer la directi- vite dudit transducteur.2, characterized in that, in said first, second and third zones interconnected by said coaxial cable, is further associated with at least one metal plate, placed in a plane parallel to said zones on the coaxial cable side, said metal plate making it possible to improve the direction of said transducer.
9. Transducteur selon 1 ' une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'ensemble formé par la première, la deuxième, la troisième zone et la découpe à bords sensiblement parallèles présente une symétrie par rapport à l'axe longitudinal de symétrie de ladite découpe.9. Transducer according to one of claims 1 to 7, characterized in that the assembly formed by the first, the second, the third zone and the cut with substantially parallel edges has symmetry with respect to the longitudinal axis of symmetry of said cut.
10. Transducteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la figure géométrique formée par le bord externe dudit ensemble est sensiblement polygonale ou circulaire. 10. A transducer according to claim 9, characterized in that the geometric figure formed by the outer edge of said assembly is substantially polygonal or circular.
11. Transducteur selon l'une des revendications 1 à11. Transducer according to one of claims 1 to
10, caractérisé en ce que lesdites première, deuxième et troisième zones sont en outre rapportées sur une lame de matériau diélectrique commune, à faibles pertes radioelectriques. 10, characterized in that said first, second and third zones are also added to a strip of common dielectric material, with low radioelectric losses.
12. Transducteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que celui-ci comporte successivement, dans des plans parallèles successifs distribués selon une direction orthogonale au plan contenant la première, la deuxième et la troisième zone : - une première couche de matériau diélectrique, munie sur la face opposée au plan contenant lesdites zones d ' une ligne de type micro-ruban remplaçant la ligne coaxiale ; une deuxième couche de matériau diélectrique recouvrant la première couche de matériau diélectrique et la ligne micro-ruban ;12. A transducer according to claim 11, characterized in that the latter successively comprises, in successive parallel planes distributed in a direction orthogonal to the plane containing the first, the second and the third zone: - a first layer of dielectric material, provided on the face opposite to the plane containing said areas of a line of micro-ribbon type replacing the coaxial line; a second layer of dielectric material covering the first layer of dielectric material and the microstrip line;
- une métallisation recouvrant cette deuxième couche de matériau diélectrique, jouant le rôle de plan réflecteur.- a metallization covering this second layer of dielectric material, playing the role of reflective plane.
13. Transducteur d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, caractérisé en ce qu'il comporte au moins, organisée par rapport à un centre de
symétrie selon un transducteur élémentaire d'émission :13. Microwave radio transmission-reception energy transducer, characterized in that it comprises at least, organized with respect to a center of symmetry according to an elementary emission transducer:
- une pluralité de premiers transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence selon la revendication 1, ces premiers transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence étant alimentés à partir d'une source commune d'énergie hyperfréquence, et, organisée par rapport à ce même centre de symétrie selon un transducteur élémentaire de réception, - une pluralité de deuxièmes transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence selon la revendication 1, ces deuxièmes transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence étant connectés à un circuit de réception commun d'énergie hyperfréquence, ledit transducteur comportant en outre des moyens de commande de 1 ' alimentation et d ' émission respectivement de réception desdits premiers et deuxièmes transducteurs d'émission - réception. a plurality of first microwave radio emission-reception transducers according to claim 1, these first microwave radio emission-reception transducers being supplied from a common source of microwave energy, and, organized with respect to this same center of symmetry according to an elementary receiving transducer, - a plurality of second transmitting / receiving transducers of microwave radio energy according to claim 1, these second transmitting and receiving transducers of microwave radio energy being connected to a common microwave energy reception circuit, said transducer further comprising means for controlling the supply and transmission respectively of reception of said first and second transmission-reception transducers.
14. Transducteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits premiers et deuxièmes transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence sont constitués chacun par une première, une deuxième et une troisième zone formant un ensemble dont le bord externe présente une forme de secteur circulaire muni d'une découpe placée sur 1 ' axe longitudinal de symétrie de chacun des secteurs circulaires, les premiers et deuxièmes transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence étant imbriqués et distribués en pétales par rapport audit centre de symétrie.14. A transducer according to claim 13, characterized in that said first and second transmitting-receiving transducers of microwave radio energy consist each of a first, a second and a third zone forming an assembly whose external edge has a shape of circular sector provided with a cutout placed on the longitudinal axis of symmetry of each of the circular sectors, the first and second transmitting-receiving transducers of microwave radio energy being nested and distributed in petals with respect to said center of symmetry.
15. Réseau de transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique hyperfréquence, caractérisé en ce que celui-ci comporte une pluralité de transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique selon l'une des revendications 1 à 10, ladite pluralité de transducteurs d'émission-réception d'énergie radioélectrique étant
arrangée dans un plan commun en une matrice X, Y, selon deux directions sensiblement orthogonales, chaque transducteur d'émission-réception étant muni de moyens de commande d ' alimentation/réception d ' énergie radioélectrique hyper- fréquence indépendants .15. Network of microwave radio transmission-reception transducers, characterized in that it comprises a plurality of radio-transmission-reception transducers according to one of claims 1 to 10, said plurality of radio transmission-reception transducers being arranged in a common plane in a matrix X, Y, in two substantially orthogonal directions, each transceiver transducer being provided with independent control means for supplying / receiving radio frequency microwave energy.
16. Réseau de transducteurs selon la revendication 15, caractérisé en ce que chaque transducteur d'émission-réception est monté à rotation par rapport à un axe de rotation contenu dans ledit plan commun, chacun des trans- ducteurs d'émission-réception étant couplé mécaniquement à un moyen ' entraînement en rotation autour dudit axe de rotation, ce qui permet de modifier l'orientation en inclinaison de chaque transducteur émetteur-récepteur par rapport audit plan commun et d ' adapter le diagramme d ' émis- sion-réception résultant dudit réseau.
16. Array of transducers according to claim 15, characterized in that each emission-reception transducer is mounted for rotation relative to an axis of rotation contained in said common plane, each of the emission-reception transducers being coupled mechanically to a means for driving in rotation about said axis of rotation, which makes it possible to modify the orientation in inclination of each transmitter-receiver transducer with respect to said common plane and to adapt the emission-reception diagram resulting from said network.
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