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EP3540853A1 - Antenna with broadband transmitter network - Google Patents

Antenna with broadband transmitter network Download PDF

Info

Publication number
EP3540853A1
EP3540853A1 EP19162018.6A EP19162018A EP3540853A1 EP 3540853 A1 EP3540853 A1 EP 3540853A1 EP 19162018 A EP19162018 A EP 19162018A EP 3540853 A1 EP3540853 A1 EP 3540853A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cell
antenna element
cells
antenna
network
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP19162018.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3540853B1 (en
Inventor
Antonio Clemente
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3540853A1 publication Critical patent/EP3540853A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3540853B1 publication Critical patent/EP3540853B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/22—Antenna units of the array energised non-uniformly in amplitude or phase, e.g. tapered array or binomial array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array

Definitions

  • the present application relates to the field of transmitting radio antennas ("transmit-array antenna" in English). It is more particularly a broadband transmitter network, for example for applications between 1 and 300 GHz.
  • the figure 1 is a schematic side view of a transmitting network antenna.
  • Such an antenna typically comprises one or more primary sources 101 (a single source in the example shown) irradiating a transmitting network 103.
  • the network 103 comprises a plurality of elementary cells 105, for example arranged in a matrix according to rows and columns.
  • Each cell 105 typically comprises a first antenna element 105a disposed on the side of a first face of the network facing the primary source 101, and a second antenna element 105b disposed on the side of a face of the network opposite to the first face.
  • Each cell 105 is capable, in transmission, of receiving electromagnetic radiation on its first antenna element 105a and of retransmitting this radiation from its second antenna element 105b with a known phase shift ⁇ , and, in reception, to receive a radiation electromagnetic on his second antenna element 105b and to re-emit this radiation from its first antenna element 105a with the same phase shift ⁇ .
  • the characteristics of the beam produced by the antenna depend on the values of the phase shifts introduced by the different cells.
  • Transmitter network antennas have the particular advantages of having good energy efficiency, and of being relatively simple, inexpensive, and space-saving, in particular because the transmitter networks are feasible in planar technology, generally on printed circuit.
  • the transmitting network is a planar structure comprising a stack of first, second and third conductive layers separated in pairs by dielectric layers.
  • Each elementary cell comprises a first conductive pattern formed in the first conductive layer and defining the first antenna element of the cell, and a second conductive pattern formed in the third conductive layer and defining the second antenna element of the cell.
  • the second conductive layer forms a ground plane disposed between the first and second antenna elements.
  • the coupling between the first and second antenna elements is achieved by means of an insulated conductive via passing through the ground plane and connecting the first antenna element to the second antenna element.
  • the value of the phase shift introduced by each cell depends on the geometry of the cell, and in particular on the shape, dimensions, and arrangement of the antenna elements and the cell's coupling via.
  • the article entitled " V-band switched beam linearly-polarized transmit-array antenna for wireless backhaul applications "by L. Dussopt et al describes another embodiment of a transmitting network antenna.
  • the transmitting network is also a planar structure comprising a stack of first, second and third conductive layers separated in pairs by dielectric layers.
  • Each elementary cell comprises a first conductive pattern formed in the first conductive layer and defining the first antenna element of the cell, and a second conductive pattern formed in the third conductive layer and defining the second antenna element of the cell.
  • the second conductive layer forms a ground plane disposed between the first and second antenna elements.
  • the first and second antenna elements are not connected, the coupling between the first and second elements being achieved by means of a slot formed in the ground plane vis-à-vis the two elements.
  • the value of the phase shift introduced by each cell depends on the geometry of the cell, and in particular on the shape, dimensions and arrangement of the antenna elements and the coupling slot of the cell.
  • the elementary cells of the network may have a limited number N of configurations (shapes, dimensions and arrangement of the antenna and coupling elements), corresponding to N distinct phase shift values.
  • each elementary cell is chosen from one of N distinct configurations, respectively corresponding to N distinct phase shift values, which amounts to quantifying on log 2 (N) bits the phase shift introduced by the cells.
  • N log 2 bits the phase shift introduced by the cells.
  • the transmitter network is optimized to operate at a center frequency of 61.5 GHz and has a bandwidth at -1 dB ranging from 57 to 66 GHz, ie a relative bandwidth at -1 dB of 15.4%.
  • the transmitter network is optimized to operate at a center frequency of 64.3 GHz and has a bandwidth of -3 dB ranging from 58.95 to 68.8 GHz, or a relative bandwidth at -3 dB of 15.4%.
  • connection means that, in the cells of the first type, the conductive via is in contact mechanically and electrically with the first and second antenna elements, and "not connected” means that in the cells of the second type, no electrical conductor directly connects the first and second antenna elements, that is to say that no electrical conductor is in contact mechanically and electrically with the first element at the same time antenna and with the second antenna element.
  • the second antenna element is at least partially vis-à-vis the first antenna element.
  • the first antenna element is coupled to the second antenna element by a slot formed in the second conductive layer, at least partially vis-à-vis the first and second antenna elements.
  • the slot formed in the second conductive layer makes it possible to transfer an electromagnetic wave between the first and second antenna elements.
  • the network comprises N distinct cell configurations, where N is an integer greater than or equal to 2, the network comprising several cells of each configuration.
  • the N cell configurations are chosen so that the N phase shift values introduced respectively by the cells of the N configurations are of the order of 0 °, 360 ° / N, 2 * 360 ° / N, ... * 360 ° / N.
  • N is equal to 8.
  • the first antenna element is constituted by a continuous conductive pattern and the second antenna element is constituted by a continuous conductive pattern.
  • the first antenna element occupies an area greater than 20% of the surface of the cell, and the second antenna element occupies a surface greater than 20% of the cell surface.
  • the via passes through an opening formed in the second conductive layer vis-à-vis the first and second antenna elements.
  • the via and the opening are arranged so that the via is not in contact with the second conductive layer.
  • the first conductive layer is a discontinuous layer such that the first antenna elements of the different cells are isolated from each other and the third conductive layer is a discontinuous layer such that the second antenna elements of different cells are isolated from each other.
  • the second conductive layer forms a ground plane common to all the cells of the network.
  • Another embodiment provides a transmitting network antenna comprising a transmitting network as defined above, and at least one primary source configured to irradiate one side of the network.
  • the antenna is adapted to operate at a frequency between 1 and 300 GHz.
  • each primary source is adapted to produce a generally conical beam radiating all or part of the transmitter network.
  • Each primary source comprises for example a horn antenna.
  • the central axis of each primary source is substantially orthogonal to the mean plane of the network.
  • the figure 2 is a schematic and partial sectional view of an example of a transmitter network 203 of a transmitting network antenna according to a first embodiment.
  • the network 203 forms a radiating panel operating in transmission, that is to say capable of receiving electromagnetic radiation on a first face of the panel and re-emitting this radiation from a second face of the panel opposite to the first face, or to receive electromagnetic radiation on its second face and to re-emit this radiation from its first face.
  • the network 203 comprises a plurality of elementary cells 205, for example arranged in a matrix according to rows and columns. On the figure 2 only two elementary cells 205-I and 205-II have been shown.
  • the transmitter network 203 may comprise a much larger number of elementary cells 205, for example of the order of 1000 or more elementary cells.
  • the elementary cells 205 of the transmitter network 203 are for example joined.
  • the elementary cells 205 have for example all substantially the same dimensions.
  • the elementary cells 205 have a square shape on the side substantially equal to half the central working wavelength of the antenna.
  • Each cell 205 comprises a first antenna element 205a disposed on the side of a first face of the network 203, for example the face of the network intended to be oriented towards the primary source or sources (not visible on the figure 2 ) of the antenna, and a second antenna element 205b disposed on a face of the network 203 opposite the first face.
  • Each cell 205 is able, in transmission, to receive electromagnetic radiation on its first antenna element 205a and to re-emit this radiation from its second antenna element 205b with a known phase shift ⁇ , and, in reception, to receive radiation electromagnetic on its second antenna element 205b and re-emitting this radiation from its first antenna element 205a with the same phase shift ⁇ .
  • the characteristics of the beam produced by the antenna depend on the values of the phase shifts ⁇ introduced by the different cells 205.
  • the transmitter network 203 of the figure 2 can be made in planar technology, for example on a printed circuit board, or on a substrate made of silicon, quartz, etc.
  • the network 203 is made on a printed circuit board, in PCB (Printed Circuit Board) technology.
  • PCB Printed Circuit Board
  • the network 203 of the figure 2 comprises a stack of three conductive layers (or conductive levels) M1, M2 and M3, respectively called first, second and third conductive layers M1, M2 and M3, separated two by two by layers dielectrics D1 and D2. More particularly, in the example of figure 2 the third conductive layer M3 forms the lower layer of the stack, the dielectric layer D2, called the second dielectric layer, is disposed on and in contact with the upper face of the third conductive layer M3, the second conductive layer M2 is disposed on and in contact with the upper face of the second dielectric layer D2, the dielectric layer D1, called the first dielectric layer, is disposed on and in contact with the upper face of the second conductive layer M2, and the first conductive layer M1 is disposed on and in contact with the upper face of the first dielectric layer D1.
  • the conductive layers M1, M2 and M3 are for example metal layers, for example copper.
  • Each of the conductive layers M1, M2, M3 has, for example, a thickness of between 1 and 30 ⁇ m, for example of the order of 17 ⁇ m.
  • the second dielectric layer D2 consists, for example, of a laminated multilayer film based on polytetrafluoroethylene (PTFE) and ceramic, for example of the type marketed by Rogers under the trade name Duroid®6002.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the second dielectric layer D2 has a thickness of the order of 254 microns.
  • the first dielectric layer D1 consists of a stack of a dielectric layer 207 and a dielectric adhesive film 209.
  • the adhesive film 209 is placed on and in contact with the upper face of the second conductive layer M2, and the layer 207 is disposed on and in contact with the upper face of the adhesive film 209 (the conductive layer M1 being disposed on and in contact with the upper face of the layer 207).
  • the dielectric layer 207 is for example made of a multilayer laminated sheet based on polytetrafluoroethylene (PTFE) and ceramic, for example of the type marketed by Rogers under the trade name Duroid®6002.
  • the layer 207 has a thickness of the order of 127 microns.
  • the adhesive film 209 is for example an adhesive layer having in particular to fix the layer 207 on the upper face of the layer M2.
  • the adhesive film 209 has, for example, a thickness of the order of 100 ⁇ m.
  • the layer M2 is printed on the upper face of the second dielectric layer D2 before fixing the layer D1 on the upper face of the layer M2.
  • the layers M3 and M1 can be printed respectively on the underside of the layer D2 and on the upper face of the layer 207.
  • the transmitter network 203 comprises only three conductive layers M1, M2 and M3, that is to say that it does not comprise any additional conductive layer on the side of the upper face of the conductive layer M1, and that it does not comprises no additional conductive layer on the side of the lower face of the conductive layer M3.
  • the first antenna elements 205a of the elementary cells 205 are formed in the upper conductive layer M1
  • the second antenna elements 205b of the elementary cells 205 are formed in the lower conductive layer M3.
  • the upper antenna element 205a is constituted by a conductive pattern formed in the conductive layer M1.
  • the antenna element 205a of each elementary cell 205 is electrically isolated from the antenna elements 205a of the other cells of the network.
  • the conductive layer M1 is a discontinuous layer, that is to say that a peripheral band of the conductive material of the layer M1 is withdrawn around each antenna element 205a, separating the antenna element 205a from the neighboring cells.
  • the conductive pattern forming the antenna element 205a is for example a continuous or monoblock pattern.
  • the conductive pattern forming antenna element 205a occupies, in top view, an area greater than 20% of the surface of cell 205.
  • the lower antenna element 205b is constituted by a conductive pattern or conductive pad formed in the conductive layer M3.
  • the lower antenna element 205b is disposed at least partly facing the plumb (above) of the upper antenna element 205a.
  • the antenna element 205b of each elementary cell 205 is electrically isolated from the antenna elements 205b of the other cells of the network.
  • the conductive layer M3 is a discontinuous layer.
  • the conductive pattern forming the antenna element 205b is for example a continuous pattern.
  • the conductive pattern forming the antenna element 205b occupies an area greater than 20% of the upper surface of the cell 205.
  • the intermediate conductive layer M2 forms a ground plane extending continuously over substantially the entire surface of the grating 203.
  • the transmitter network 203 of the figure 2 comprises two types of elementary cells 205, type I cells (205-I) and type II cells (205-II).
  • Each type I cell comprises a conductive via 211 passing through the dielectric layers D1 and D2 and the intermediate conductive layer M2, the via 211 being arranged to connect the upper antenna element 205a to the lower antenna element 205b.
  • connecting here means that the via 211 is in contact mechanically and electrically, by its upper face, with the underside of the antenna element 205a, and, by its underside, with the upper face of the element antenna 205b.
  • the conductive via 211 is isolated, that is to say that it is not in electrical contact with the intermediate conductive layer M2.
  • the via 211 is arranged to pass through the intermediate conductive layer M2 without touching it, and is thus isolated from the intermediate conductive layer M2.
  • the intermediate layer M2 comprises a localized opening 213, for example a circular opening, vis-à-vis the upper antenna elements 205a and lower 205b.
  • the via 211 extends vertically from the underside of the antenna element 205a to the upper face of the antenna element 205b (through the dielectric layers D1 and D2), through the opening 213.
  • the via 211 makes it possible to transfer the energy between the antenna elements 205a and 205b.
  • the conductive via is for example metal, for example copper.
  • the conductive layer M2 comprises a localized opening 215.
  • the opening 215 has a particular geometry, for example an I-shaped or H-shaped slot (seen from above, not visible on the figure 2 ), disposed at least in part vis-à-vis the antenna elements 205a and 205b of the cell. The opening 215 transfers energy between the antenna elements 205a and 205b.
  • the network 203 combines elementary cells in which the coupling between the antenna elements 205a and 205b is achieved by a via (type I) and elementary cells in which the coupling between the antenna elements 205a and 205b is made without via (type II).
  • the types of cells I and II have for point common that the intermediate conductive layer M2 comprises an opening arranged either to pass an insulated conductive via M2 layer (in type I cells) or to form a slot with a particular pattern, for example I-shaped or H (in type II cells).
  • FIGS. 3A and 3B are equivalent electrical diagrams respectively modeling the behavior of a type I cell and a type II cell of the transmitter network 203 of the figure 2 .
  • the antenna element 205a is modeled by a parallel association of a resistor, an inductance and a capacitance between nodes n1 and n2 of the circuit
  • the element of Antenna 205b is modeled by an association in parallel of a resistor, an inductance and a capacitance between nodes n3 and n4 of the equivalent circuit.
  • the equivalent circuit further comprises a transformer T1 modeling the coupling between a primary source of the antenna and the antenna element 205a of the cell.
  • the transformer T1 comprises two magnetically coupled conductive windings, one of the two windings having its two ends respectively connected to the nodes n1 and n2 of the equivalent circuit, and the other winding having its two ends respectively connected to two nodes of an equivalent circuit. (not shown) modeling the primary source.
  • Transformer T1 models the transmission of an incident electromagnetic wave W i from the primary source to the antenna element 205a, or of a transmitted electromagnetic wave W t by the cell, of the antenna element 205a to the primary source.
  • the equivalent circuit further comprises a transformer T2 modeling the coupling between an external source and the antenna element 205b of the cell.
  • the transformer T2 comprises two magnetically coupled conductive windings, one of the two windings having its two ends connected respectively to the nodes n3 and n4 of the equivalent circuit, and the other winding having its two ends respectively connected to two nodes of an equivalent circuit (not shown) modeling the external source.
  • the transformer T2 models the transmission of an incident electromagnetic wave W i from the external source to the antenna element 205b, or of a transmitted electromagnetic wave W t from the antenna element 205b to the external source or the propagation space.
  • the equivalent circuit comprises an NC coupling network having a first input / output node connected to the node n1, a second input / output node connected to the node n2, a third node of input / output connected to node n3, and a fourth input / output node connected to node n4.
  • the CN circuit models the coupling between the antenna elements 205a and 205b of the cell.
  • the coupling network CN comprises a series association of two inductors connecting the node n1 to the node n3, and a capacitance having a first electrode connected to the midpoint between the two inductances and a second electrode connected to the nodes n2 and n4.
  • the coupling network CN comprises a transformer consisting of two magnetically coupled windings, the first winding having its ends respectively connected to the nodes n1 and n2 and the second winding having its ends respectively connected to the nodes n3 and n4.
  • the elementary cells of the network may have a limited number N of configurations (shapes, dimensions and arrangement of the antenna and coupling elements), corresponding to N distinct phase shift values, where N is an integer greater than or equal to 2.
  • N is an integer greater than or equal to 2.
  • each elementary cell is chosen from one of N distinct configurations, respectively corresponding to N distinct phase shift values, which amounts to quantifying on log 2 (N) bits the phase shift introduced by the cells.
  • the cells of the same configuration are identical to the manufacturing dispersions, and the transmitting network may comprise several cells of each configuration. For example, N is an integer greater than or equal to 4, and of the N cell configurations, several are type I (via-coupled) and several are type II (non-via coupled).
  • the N cell configurations are preferably chosen so that the N phase shift values introduced respectively by the cells of the N configurations are of the order of 0 °, 360 ° / N, 2 * 360 ° / N, ... ( N-1) * 360 ° / N.
  • the figure 4 is a perspective view illustrating in more detail an embodiment of the elementary cells of the network.
  • the number N of distinct cell configurations is set to 8, a 3-bit quantization of the phase shift value introduced by the cells, with relative phase shift values of the 8 cell configurations respectively of the order of 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 ° and 315 °.
  • the cells have been optimized for operation at a center frequency of 141 GHz.
  • the cells UC1, UC2 and UC3 are of type II (coupling without via) and the cells UC4, UC5, UC6, UC7 and UC8 are of type I (via coupling).
  • the antenna elements 205a and 205b of the cell each have a pattern corresponding to a solid plate of rectangular shape.
  • the antenna element 205a is of the same size as the antenna element 205b and is disposed entirely opposite the antenna element 205b.
  • the antenna element 205a is of the same shape and dimensions as the antenna element 205b, and is placed entirely opposite the antenna element 205b.
  • the coupling slot 215 is I-shaped.
  • the cells UC1, UC2 and UC3 differ from each other by the dimensions of their antenna elements 205a and 205b and / or their Coupling slot 215. This adjusts the response of each cell to obtain the necessary phase states.
  • the antenna elements 205a and 205b of the cell are each in the form of a solid plate having straight edges and at least one rounded or more generally curvilinear edge.
  • the antenna element 205a is of the same shape and dimensions as the antenna element 205b, and is placed at least partially vis-à- screw of the antenna element 205b.
  • the cells UC4, UC5, UC6 and UC7 differ from one another by the shapes and / or dimensions of their antenna elements 205a and 205b and / or by the diameter of their circular opening 213 formed in the conductive layer M2 or by the diameter of their conductive via 211.
  • the antenna elements 205a and 205b each have the shape of a rectangular plate having a U-shaped opening in its central part.
  • the antenna element 205a is of the same dimensions as the antenna element 205b, and is placed entirely opposite the antenna element 205b.
  • the elementary cells of type I and II can be formed from all other easily industrializable units, it being understood that one can, to obtain the desired phase shifts, vary one or more of the following parameters: the shape of the elements antenna 205a and 205b, the dimensions of the opening 213 or 215 formed in the conductive layer M2, the dimensions of the antenna elements 205a and / or 205b, the dimensions of the via conductor 211 or the slot 215, etc.
  • FIG. 5A and 5B illustrate the frequency response of the elementary cells UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6, UC7 and UC8 of the example of FIG. figure 4 .
  • the Figure 5A illustrates the evolution, as a function of the frequency F of the incident wave (in abscissa, in GHz), of the amplitude of the transmission coefficient S 21 (in ordinate, in dB) of each cell.
  • the Figure 5A more particularly comprises eight curves C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7 and C8 representing the evolution of the amplitude of the transmission coefficient respectively for the eight configurations of elementary cells UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6, UC7 and UC8 of the example of the figure 4 .
  • the Figure 5B illustrates the evolution, as a function of the frequency F of the incident wave (in abscissa, in GHz), of the phase of the transmission coefficient S 21 (ordered in degrees) of each cell.
  • the Figure 5B more particularly comprises eight curves D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7 and D8 representing the evolution of the phase of the transmission coefficient respectively for the eight configurations of elementary cells UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6 , UC7 and UC8 of the example of the figure 4 .
  • the -1 dB bandwidth of the transmitter network has a width of the order of 29 GHz, for a central working frequency of the order of 141 GHz, a relative bandwidth of about 20%.
  • the Figure 5B illustrates the respective phase shifts introduced by the different cells.
  • the cell UC2 curve D2
  • the cell UC3 curve D3 introduces a relative phase shift (with respect to the phase shift introduced by the cell UC2) by approximately 45 °
  • the UC4 cell introduces a relative phase shift of about 90 °
  • the UC7 cell introduces a relative phase shift of about 135 °
  • the UC8 cell introduces a relative phase shift of about 180 °
  • the UC5 cell introduces a Relative phase shift of about 225 °
  • the UC6 cell introduces a relative phase shift of about 270 °
  • the UC1 cell introduces a relative phase shift of about 315 °.
  • This solution is particularly suitable for producing antennas intended to operate at frequencies between 80 GHz and 200 GHz, but can be used more generally at other frequencies, for example to produce antennas intended to operate at frequencies between 1 and 300 GHz.
  • type II (non-via-coupled) cells may include cells similar to this which has been described in relation to the figure 2 , but having no slot in the ground plane M2 vis-a-vis the antenna elements 205a and 205b.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

L'invention concerne un réseau transmetteur (203) comprenant une pluralité de cellules, chaque cellule étant adaptée à transmettre un signal radio en introduisant dans ce signal un déphasage, ladite pluralité de cellules comportant des cellules d'un premier type (205-I) et des cellules d'un deuxième type (205-II), dans lequel :le réseau comprend un empilement de première (M1), deuxième (M2) et troisième (M3) couches conductrices séparées deux à deux par des couche diélectriques (D1, D2) ;chaque cellule comprend un premier élément d'antenne (205a) formé dans la première couche conductrice (M1) et un deuxième élément d'antenne (205b) formé dans la troisième couche conductrice (M3) ;dans chaque cellule du premier type, le premier élément d'antenne est connecté au deuxième élément d'antenne par un via (211) traversant la deuxième couche conductrice ; etdans chaque cellule du deuxième type, le premier élément d'antenne n'est pas connecté au deuxième élément d'antenne.The invention relates to a transmitter network (203) comprising a plurality of cells, each cell being adapted to transmit a radio signal by introducing into this signal a phase shift, said plurality of cells comprising cells of a first type (205-I). and cells of a second type (205-II), wherein: the network comprises a stack of first (M1), second (M2) and third (M3) conductive layers separated in pairs by dielectric layers (D1, D2); each cell comprises a first antenna element (205a) formed in the first conductive layer (M1) and a second antenna element (205b) formed in the third conductive layer (M3); in each cell of the first type the first antenna element is connected to the second antenna element via a via (211) passing through the second conductive layer; andin each cell of the second type, the first antenna element is not connected to the second antenna element.

Description

DomaineField

La présente demande concerne le domaine des antennes radio à réseau transmetteur ("transmit-array antenna" en langue anglaise). Elle vise plus particulièrement un réseau transmetteur large bande, par exemple pour des applications entre 1 et 300 GHz.The present application relates to the field of transmitting radio antennas ("transmit-array antenna" in English). It is more particularly a broadband transmitter network, for example for applications between 1 and 300 GHz.

Exposé de l'art antérieurPresentation of the prior art

La figure 1 est une vue de côté schématique d'une antenne à réseau transmetteur. Une telle antenne comprend typiquement une ou plusieurs sources primaires 101 (une unique source dans l'exemple représenté) irradiant un réseau transmetteur 103. Le réseau 103 comprend une pluralité de cellules élémentaires 105, par exemple disposées en matrice selon des lignes et des colonnes. Chaque cellule 105 comprend typiquement un premier élément d'antenne 105a disposé du côté d'une première face du réseau tournée vers la source primaire 101, et un deuxième élément d'antenne 105b disposé du côté d'une face du réseau opposée à la première face. Chaque cellule 105 est apte, en émission, à recevoir un rayonnement électromagnétique sur son premier élément d'antenne 105a et à réémettre ce rayonnement depuis son deuxième élément d'antenne 105b avec un déphasage φ connu, et, en réception, à recevoir un rayonnement électromagnétique sur son deuxième élément d'antenne 105b et à réémettre ce rayonnement depuis son premier élément d'antenne 105a avec le même déphasage φ.The figure 1 is a schematic side view of a transmitting network antenna. Such an antenna typically comprises one or more primary sources 101 (a single source in the example shown) irradiating a transmitting network 103. The network 103 comprises a plurality of elementary cells 105, for example arranged in a matrix according to rows and columns. Each cell 105 typically comprises a first antenna element 105a disposed on the side of a first face of the network facing the primary source 101, and a second antenna element 105b disposed on the side of a face of the network opposite to the first face. Each cell 105 is capable, in transmission, of receiving electromagnetic radiation on its first antenna element 105a and of retransmitting this radiation from its second antenna element 105b with a known phase shift φ, and, in reception, to receive a radiation electromagnetic on his second antenna element 105b and to re-emit this radiation from its first antenna element 105a with the same phase shift φ.

Les caractéristiques du faisceau produit par l'antenne, et notamment sa forme (ou gabarit) et sa direction centrale (ou direction de pointage), dépendent des valeurs des déphasages introduits par les différentes cellules.The characteristics of the beam produced by the antenna, and in particular its shape (or template) and its central direction (or pointing direction), depend on the values of the phase shifts introduced by the different cells.

Les antennes à réseau transmetteur ont notamment pour avantages d'avoir une bonne efficacité énergétique, et d'être relativement simples, peu onéreuses, et peu encombrantes, notamment grâce au fait que les réseaux transmetteurs sont réalisables en technologie planaire, généralement sur circuit imprimé.Transmitter network antennas have the particular advantages of having good energy efficiency, and of being relatively simple, inexpensive, and space-saving, in particular because the transmitter networks are feasible in planar technology, generally on printed circuit.

L'article intitulé " Wideband linearly-polarized transmitarray antenna for 60 GHz backhauling" de C. Jouanlanne et al. (IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol. 65, no. 3, pp. 1440-1445, Mar. 2017 ) décrit un exemple de réalisation d'une antenne à réseau transmetteur. Dans cet exemple, le réseau transmetteur est une structure planaire comprenant un empilement de première, deuxième et troisième couches conductrices séparées deux à deux par des couches diélectriques. Chaque cellule élémentaire comprend un premier motif conducteur formé dans la première couche conductrice et définissant le premier élément d'antenne de la cellule, et un deuxième motif conducteur formé dans la troisième couche conductrice et définissant le deuxième élément d'antenne de la cellule. La deuxième couche conductrice forme un plan de masse disposé entre les premier et deuxième éléments d'antenne. Le couplage entre les premier et deuxième éléments d'antenne est réalisé au moyen d'un via conducteur isolé traversant le plan de masse et connectant le premier élément d'antenne au deuxième élément d'antenne. La valeur du déphasage introduit par chaque cellule dépend de la géométrie de la cellule, et notamment de la forme, des dimensions, et de la disposition des éléments d'antenne et du via de couplage de la cellule.The article entitled " Wideband linearly-polarized transmitarray antenna for 60 GHz backhauling "by C. Jouanlanne et al (IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol 65, No. 3, pp. 1440-1445, Mar. 2017 ) describes an exemplary embodiment of a transmitting network antenna. In this example, the transmitting network is a planar structure comprising a stack of first, second and third conductive layers separated in pairs by dielectric layers. Each elementary cell comprises a first conductive pattern formed in the first conductive layer and defining the first antenna element of the cell, and a second conductive pattern formed in the third conductive layer and defining the second antenna element of the cell. The second conductive layer forms a ground plane disposed between the first and second antenna elements. The coupling between the first and second antenna elements is achieved by means of an insulated conductive via passing through the ground plane and connecting the first antenna element to the second antenna element. The value of the phase shift introduced by each cell depends on the geometry of the cell, and in particular on the shape, dimensions, and arrangement of the antenna elements and the cell's coupling via.

L'article intitulé " A V-band switched beam linearly-polarized transmit-array antenna for wireless backhaul applications" de L. Dussopt et al. (IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol. 65, no. 12, pp. 6788-6793, Dec. 2017 ) décrit un autre exemple de réalisation d'une antenne à réseau transmetteur. Dans cet exemple, le réseau transmetteur est également une structure planaire comprenant un empilement de première, deuxième et troisième couches conductrices séparées deux à deux par des couches diélectriques. Chaque cellule élémentaire comprend un premier motif conducteur formé dans la première couche conductrice et définissant le premier élément d'antenne de la cellule, et un deuxième motif conducteur formé dans la troisième couche conductrice et définissant le deuxième élément d'antenne de la cellule. La deuxième couche conductrice forme un plan de masse disposé entre les premier et deuxième éléments d'antenne. Dans cette réalisation, les premier et deuxième éléments d'antenne ne sont pas connectés, le couplage entre les premier et deuxième éléments étant réalisé au moyen d'une fente formée dans le plan de masse en vis-à-vis des deux éléments. La valeur du déphasage introduit par chaque cellule dépend de la géométrie de la cellule, et notamment de la forme, des dimensions et de la disposition des éléments d'antenne et de la fente de couplage de la cellule.The article entitled " V-band switched beam linearly-polarized transmit-array antenna for wireless backhaul applications "by L. Dussopt et al (IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol 65, No. 12, pp. 6788-6793, Dec. 2017 ) describes another embodiment of a transmitting network antenna. In this example, the transmitting network is also a planar structure comprising a stack of first, second and third conductive layers separated in pairs by dielectric layers. Each elementary cell comprises a first conductive pattern formed in the first conductive layer and defining the first antenna element of the cell, and a second conductive pattern formed in the third conductive layer and defining the second antenna element of the cell. The second conductive layer forms a ground plane disposed between the first and second antenna elements. In this embodiment, the first and second antenna elements are not connected, the coupling between the first and second elements being achieved by means of a slot formed in the ground plane vis-à-vis the two elements. The value of the phase shift introduced by each cell depends on the geometry of the cell, and in particular on the shape, dimensions and arrangement of the antenna elements and the coupling slot of the cell.

De façon classique, pour limiter la complexité et maximiser la bande passante d'un réseau transmetteur, les cellules élémentaires du réseau peuvent avoir un nombre N limité de configurations (formes, dimensions et disposition des éléments d'antenne et de couplage), correspondant à N valeurs de déphasage distinctes. Autrement dit, à la conception du réseau, chaque cellule élémentaire est choisie parmi l'une des N configurations distinctes, correspondant respectivement à N valeurs de déphasage distinctes, ce qui revient à quantifier sur log2(N) bits le déphasage introduit par les cellules. Par exemple, dans l'article susmentionné de C. Jouanlanne et al., les cellules élémentaires peuvent avoir N = 8 configurations distinctes, ce qui correspond à une quantification sur 3 bits du déphasage introduit par les cellules, et, dans l'article susmentionné de L. Dussopt et al., les cellules élémentaires peuvent avoir N = 7 configurations distinctes, ce qui correspond à une quantification sur 2,8 bits du déphasage introduit par les cellules.In a conventional way, to limit the complexity and maximize the bandwidth of a transmitting network, the elementary cells of the network may have a limited number N of configurations (shapes, dimensions and arrangement of the antenna and coupling elements), corresponding to N distinct phase shift values. In other words, at the design of the network, each elementary cell is chosen from one of N distinct configurations, respectively corresponding to N distinct phase shift values, which amounts to quantifying on log 2 (N) bits the phase shift introduced by the cells. . For example, in the aforementioned article by C. Jouanlanne et al., The elementary cells may have N = 8 distinct configurations, which corresponds to a 3-bit quantization of the phase shift introduced by the cells, and in the aforementioned article of L. Dussopt et al., elementary cells can have N = 7 configurations distinct, which corresponds to a 2.8-bit quantization of the phase shift introduced by the cells.

Dans l'article susmentionné de C. Jouanlanne et al., le réseau transmetteur est optimisé pour fonctionner à une fréquence centrale de 61,5 GHz et présente une bande passante à -1 dB allant de 57 à 66 GHz, soit une bande passante relative à -1 dB de 15,4 %.In the aforementioned article by C. Jouanlanne et al., The transmitter network is optimized to operate at a center frequency of 61.5 GHz and has a bandwidth at -1 dB ranging from 57 to 66 GHz, ie a relative bandwidth at -1 dB of 15.4%.

Dans l'article susmentionné de L. Dussopt et al., le réseau transmetteur est optimisé pour fonctionner à une fréquence centrale de 64,3 GHz et présente une bande passante à -3 dB allant de 58,95 à 68,8 GHz, soit une bande passante relative à -3 dB de 15,4 %.In the aforementioned article by L. Dussopt et al., The transmitter network is optimized to operate at a center frequency of 64.3 GHz and has a bandwidth of -3 dB ranging from 58.95 to 68.8 GHz, or a relative bandwidth at -3 dB of 15.4%.

Il serait souhaitable de pouvoir améliorer au moins en partie certains aspects des antennes à réseau transmetteur connues.It would be desirable to be able to at least partially improve certain aspects of the known transmitting network antennas.

En particulier, il serait souhaitable de pouvoir disposer d'un réseau transmetteur apte à fonctionner à des fréquences plus élevées que les réseaux transmetteurs connus, et/ou présentant une bande passante relative plus étendue que les réseaux transmetteurs connus, tout en limitant le nombre de couches métalliques utilisées et en prenant en considération les limites de fabrication des technologies choisies.In particular, it would be desirable to have a transmitting network capable of operating at higher frequencies than known transmitter networks, and / or having a greater relative bandwidth than known transmitter networks, while limiting the number of transmitters. metal layers used and taking into consideration the manufacturing limitations of the technologies chosen.

Résumésummary

Ainsi, un mode de réalisation prévoit un réseau transmetteur comprenant une pluralité de cellules, chaque cellule étant adaptée à transmettre un signal radio en introduisant dans ce signal un déphasage, ladite pluralité de cellules comportant des cellules d'un premier type et des cellules d'un deuxième type, dans lequel :

  • le réseau comprend un empilement de première, deuxième et troisième couches conductrices séparées deux à deux par des couches diélectriques ;
  • chaque cellule comprend un premier élément d'antenne formé dans la première couche conductrice et un deuxième élément d'antenne formé dans la troisième couche conductrice ;
  • dans chaque cellule du premier type, le premier élément d'antenne est connecté au deuxième élément d'antenne par un via traversant la deuxième couche conductrice ; et
  • dans chaque cellule du deuxième type, le premier élément d'antenne n'est pas connecté au deuxième élément d'antenne.
Thus, an embodiment provides a transmitter network comprising a plurality of cells, each cell being adapted to transmit a radio signal by introducing into this signal a phase shift, said plurality of cells comprising cells of a first type and cells of a second type, in which:
  • the network comprises a stack of first, second and third conductive layers separated two by two by dielectric layers;
  • each cell comprises a first antenna element formed in the first conductive layer and a second antenna element formed in the third conductive layer;
  • in each cell of the first type, the first antenna element is connected to the second antenna element by a via passing through the second conductive layer; and
  • in each cell of the second type, the first antenna element is not connected to the second antenna element.

Comme indiqué précédemment, on entend par "connecté" que, dans les cellules du premier type, le via conducteur est en contact mécaniquement et électriquement avec les premier et deuxième éléments d'antenne, et on entend par "n'est pas connecté" que, dans les cellules du deuxième type, aucun conducteur électrique ne relie directement les premier et deuxième éléments d'antenne, c'est-à-dire qu'aucun conducteur électrique n'est en contact mécaniquement et électriquement à la fois avec le premier élément d'antenne et avec le deuxième élément d'antenne.As indicated above, the term "connected" means that, in the cells of the first type, the conductive via is in contact mechanically and electrically with the first and second antenna elements, and "not connected" means that in the cells of the second type, no electrical conductor directly connects the first and second antenna elements, that is to say that no electrical conductor is in contact mechanically and electrically with the first element at the same time antenna and with the second antenna element.

Selon un mode de réalisation, dans chaque cellule, le deuxième élément d'antenne est au moins partiellement en vis-à-vis du premier élément d'antenne.According to one embodiment, in each cell, the second antenna element is at least partially vis-à-vis the first antenna element.

Selon un mode de réalisation, dans chaque cellule du deuxième type, le premier élément d'antenne est couplé au deuxième élément d'antenne par une fente formée dans la deuxième couche conductrice, au moins partiellement en vis-à-vis des premier et deuxième éléments d'antenne.According to one embodiment, in each cell of the second type, the first antenna element is coupled to the second antenna element by a slot formed in the second conductive layer, at least partially vis-à-vis the first and second antenna elements.

La fente formée dans la deuxième couche conductrice permet de transférer une onde électromagnétique entre les premier et deuxième éléments d'antenne.The slot formed in the second conductive layer makes it possible to transfer an electromagnetic wave between the first and second antenna elements.

Selon un mode de réalisation, le réseau comprend N configurations de cellules distinctes, où N est un entier supérieur ou égal à 2, le réseau comprenant plusieurs cellules de chaque configuration.According to one embodiment, the network comprises N distinct cell configurations, where N is an integer greater than or equal to 2, the network comprising several cells of each configuration.

Selon un mode de réalisation, les N configurations de cellules sont choisies de façon que les N valeurs de déphasages introduites respectivement par les cellules des N configurations soient de l'ordre de 0°, 360°/N, 2*360°/N, ...*360°/N.According to one embodiment, the N cell configurations are chosen so that the N phase shift values introduced respectively by the cells of the N configurations are of the order of 0 °, 360 ° / N, 2 * 360 ° / N, ... * 360 ° / N.

Selon un mode de réalisation, N est égal à 8.According to one embodiment, N is equal to 8.

Selon un mode de réalisation, dans chaque cellule, le premier élément d'antenne est constitué par un motif conducteur continu et le deuxième élément d'antenne est constitué par un motif conducteur continu.According to one embodiment, in each cell, the first antenna element is constituted by a continuous conductive pattern and the second antenna element is constituted by a continuous conductive pattern.

Selon un mode de réalisation, dans chaque cellule, le premier élément d'antenne occupe une surface supérieure à 20 % de la surface de la cellule, et le deuxième élément d'antenne occupe une surface supérieure à 20 % de la surface de la cellule.According to one embodiment, in each cell, the first antenna element occupies an area greater than 20% of the surface of the cell, and the second antenna element occupies a surface greater than 20% of the cell surface. .

Selon un mode de réalisation, dans chaque cellule de type I, le via passe par une ouverture formée dans la deuxième couche conductrice en vis-à-vis des premier et deuxième éléments d'antenne.According to one embodiment, in each type I cell, the via passes through an opening formed in the second conductive layer vis-à-vis the first and second antenna elements.

Selon un mode de réalisation, dans chaque cellule de type I, le via et l'ouverture sont agencés de façon que le via ne soit pas en contact avec la deuxième couche conductrice.According to one embodiment, in each type I cell, the via and the opening are arranged so that the via is not in contact with the second conductive layer.

Selon un mode de réalisation, la première couche conductrice est une couche discontinue telle que les premiers éléments d'antenne des différentes cellules soient isolés les uns des autres et la troisième couche conductrice est une couche discontinue telle que les deuxièmes éléments d'antenne des différentes cellules soient isolés les uns des autres.According to one embodiment, the first conductive layer is a discontinuous layer such that the first antenna elements of the different cells are isolated from each other and the third conductive layer is a discontinuous layer such that the second antenna elements of different cells are isolated from each other.

Selon un mode de réalisation, la deuxième couche conductrice forme un plan de masse commun à toutes les cellules du réseau.According to one embodiment, the second conductive layer forms a ground plane common to all the cells of the network.

Un autre mode de réalisation prévoit une antenne à réseau transmetteur comprenant un réseau transmetteur tel que défini ci-dessus, et au moins une source primaire configurée pour irradier une face du réseau.Another embodiment provides a transmitting network antenna comprising a transmitting network as defined above, and at least one primary source configured to irradiate one side of the network.

Selon un mode de réalisation, l'antenne est adaptée à fonctionner à une fréquence comprise entre 1 et 300 GHz.According to one embodiment, the antenna is adapted to operate at a frequency between 1 and 300 GHz.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

  • la figure 1, précédemment décrite, est une vue de côté schématique d'une antenne à réseau transmetteur ;
  • la figure 2 est une vue en coupe schématique et partielle d'un exemple d'un réseau transmetteur d'une antenne à réseau transmetteur selon un mode de réalisation ;
  • les figures 3A et 3B sont des schémas électriques équivalents modélisant le comportement de deux types de cellules élémentaires d'un réseau transmetteur d'une antenne à réseau transmetteur selon un mode de réalisation ;
  • la figure 4 est une vue en perspective illustrant différentes configurations que peuvent prendre les cellules élémentaires d'un réseau transmetteur d'une antenne à réseau transmetteur selon un mode de réalisation ; et
  • les figures 5A et 5B illustrent respectivement l'évolution en fréquence de l'amplitude et de la phase du coefficient de transmission des différentes cellules élémentaires de la figure 4.
These and other features and advantages will be set forth in detail in the following description of particular embodiments in a non-limiting manner with reference to the accompanying drawings in which:
  • the figure 1 , previously described, is a schematic side view of a transmitting array antenna;
  • the figure 2 is a schematic and partial sectional view of an example of a transmitting network of a transmitting network antenna according to one embodiment;
  • the Figures 3A and 3B are equivalent electrical diagrams modeling the behavior of two types of elementary cells of a transmitting network of a transmitting network antenna according to one embodiment;
  • the figure 4 is a perspective view illustrating different configurations that the elementary cells of a transmitting network of a transmitting network antenna can take according to one embodiment; and
  • the Figures 5A and 5B respectively illustrate the evolution in frequency of the amplitude and phase of the transmission coefficient of the different elementary cells of the figure 4 .

Description détailléedetailed description

De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés.The same elements have been designated by the same references in the various figures and, in addition, the various figures are not drawn to scale. For the sake of clarity, only the elements useful for understanding the described embodiments have been shown and are detailed.

En particulier, on va décrire ci-après des modes de réalisation d'un réseau transmetteur pour antenne à réseau transmetteur. La structure et le fonctionnement de la (des) source(s) primaire(s) de l'antenne, destinée(s) à irradier le réseau transmetteur, ne seront toutefois pas détaillés, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec toutes ou la plupart des sources primaires d'irradiation pour antenne à réseau transmetteur connues. A titre d'exemple, chaque source primaire est adaptée à produire un faisceau de forme générale conique irradiant tout ou partie du réseau transmetteur. Chaque source primaire comprend par exemple une antenne cornet. A titre d'exemple, l'axe central de chaque source primaire est sensiblement orthogonal au plan moyen du réseau.In particular, embodiments of a transmitting network for transmitting network antenna will be described below. The structure and operation of the primary source (s) of the antenna, intended to irradiate the transmitting network, however, will not be detailed, the described embodiments being compatible with all or the most of the primary sources of irradiation for known transmitting array antennas. For example, each primary source is adapted to produce a generally conical beam radiating all or part of the transmitter network. Each primary source comprises for example a horn antenna. As for example, the central axis of each primary source is substantially orthogonal to the mean plane of the network.

Par ailleurs, les procédés de fabrication des réseaux transmetteurs décrits ne seront pas détaillés, la réalisation des structures décrites étant à la portée de l'homme du métier à partir des indications de la présente description, par exemple en utilisant des techniques usuelles de fabrication de circuits imprimés.Furthermore, the manufacturing methods of the described transmission networks will not be detailed, the realization of the structures described being within the abilities of the skilled person from the indications of the present description, for example using standard techniques of manufacturing printed circuits.

Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence à l'orientation des figures, étant entendu que, en pratique, les dispositifs décrits peuvent être orientés différemment. Sauf précision contraire, les expressions "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près ou, lorsqu'il s'agit de valeurs angulaires, à 10° près, de préférence à 5° près.In the description which follows, when reference is made to absolute position qualifiers, such as the terms "before", "backward", "up", "down", "left", "right", etc., or relative, such as the terms "above", "below", "upper", "lower", etc., or with qualifiers for orientation, such as the terms "horizontal", "vertical", etc., it is referred to the orientation of the figures, it being understood that, in practice, the devices described may be oriented differently. Unless otherwise specified, the expressions "approximately", "substantially", and "of the order of" mean within 10%, preferably within 5% or, in the case of angular values, within 10 degrees , preferably within 5 °.

La figure 2 est une vue en coupe schématique et partielle d'un exemple d'un réseau transmetteur 203 d'une antenne à réseau transmetteur selon un premier mode de réalisation. Le réseau 203 forme un panneau rayonnant fonctionnant en transmission, c'est-à-dire apte à recevoir un rayonnement électromagnétique sur une première face du panneau et à réémettre ce rayonnement depuis une deuxième face du panneau opposée à la première face, ou à recevoir un rayonnement électromagnétique sur sa deuxième face et à réémettre ce rayonnement depuis sa première face. Le réseau 203 comprend une pluralité de cellules élémentaires 205, par exemple disposées en matrice selon des lignes et des colonnes. Sur la figure 2, seules deux cellules élémentaires 205-I et 205-II ont été représentées. En pratique, le réseau transmetteur 203 peut comprendre un nombre beaucoup plus élevé de cellules élémentaires 205, par exemple de l'ordre de 1000 cellules élémentaires ou plus. Les cellules élémentaires 205 du réseau transmetteur 203 sont par exemple jointives. Les cellules élémentaires 205 ont par exemple toutes sensiblement les mêmes dimensions. A titre d'exemple, en vue de dessus, les cellules élémentaires 205 ont une forme carrée de côté sensiblement égal à la moitié de la longueur d'onde centrale de travail de l'antenne.The figure 2 is a schematic and partial sectional view of an example of a transmitter network 203 of a transmitting network antenna according to a first embodiment. The network 203 forms a radiating panel operating in transmission, that is to say capable of receiving electromagnetic radiation on a first face of the panel and re-emitting this radiation from a second face of the panel opposite to the first face, or to receive electromagnetic radiation on its second face and to re-emit this radiation from its first face. The network 203 comprises a plurality of elementary cells 205, for example arranged in a matrix according to rows and columns. On the figure 2 only two elementary cells 205-I and 205-II have been shown. In practice, the transmitter network 203 may comprise a much larger number of elementary cells 205, for example of the order of 1000 or more elementary cells. The elementary cells 205 of the transmitter network 203 are for example joined. The elementary cells 205 have for example all substantially the same dimensions. For example, in top view, the elementary cells 205 have a square shape on the side substantially equal to half the central working wavelength of the antenna.

Chaque cellule 205 comprend un premier élément d'antenne 205a disposé du côté d'une première face du réseau 203, par exemple la face du réseau destinée à être orientée vers la ou les sources primaires (non visibles sur la figure 2) de l'antenne, et un deuxième élément d'antenne 205b disposé sur une face du réseau 203 opposée à la première face.Each cell 205 comprises a first antenna element 205a disposed on the side of a first face of the network 203, for example the face of the network intended to be oriented towards the primary source or sources (not visible on the figure 2 ) of the antenna, and a second antenna element 205b disposed on a face of the network 203 opposite the first face.

Chaque cellule 205 est apte, en émission, à recevoir un rayonnement électromagnétique sur son premier élément d'antenne 205a et à réémettre ce rayonnement depuis son deuxième élément d'antenne 205b avec un déphasage φ connu, et, en réception, à recevoir un rayonnement électromagnétique sur son deuxième élément d'antenne 205b et à réémettre ce rayonnement depuis son premier élément d'antenne 205a avec le même déphasage φ.Each cell 205 is able, in transmission, to receive electromagnetic radiation on its first antenna element 205a and to re-emit this radiation from its second antenna element 205b with a known phase shift φ, and, in reception, to receive radiation electromagnetic on its second antenna element 205b and re-emitting this radiation from its first antenna element 205a with the same phase shift φ.

Les caractéristiques du faisceau produit par l'antenne, et notamment sa forme (ou gabarit) et sa direction centrale (ou direction de pointage), dépendent des valeurs des déphasages φ introduits par les différentes cellules 205.The characteristics of the beam produced by the antenna, and in particular its shape (or template) and its central direction (or pointing direction), depend on the values of the phase shifts φ introduced by the different cells 205.

Le réseau transmetteur 203 de la figure 2 peut être réalisé en technologie planaire, par exemple sur une carte de circuit imprimé, ou sur un substrat en silicium, quartz, etc. Dans un mode de réalisation préféré, le réseau 203 est réalisé sur une carte de circuit imprimé, en technologie PCB (de l'anglais "Printed Circuit Board"). Cette technologie présente en effet l'avantage d'être peu coûteuse et de permettre la production à grande échelle de réseaux de grande surface.The transmitter network 203 of the figure 2 can be made in planar technology, for example on a printed circuit board, or on a substrate made of silicon, quartz, etc. In a preferred embodiment, the network 203 is made on a printed circuit board, in PCB (Printed Circuit Board) technology. This technology has the advantage of being inexpensive and allowing the large-scale production of large-area networks.

Le réseau 203 de la figure 2 comprend un empilement de trois couches conductrices (ou niveaux conducteurs) M1, M2 et M3, respectivement appelées première, deuxième et troisième couches conductrices M1, M2 et M3, séparées deux à deux par des couches diélectriques D1 et D2. Plus particulièrement, dans l'exemple de la figure 2, la troisième couche conductrice M3 forme la couche inférieure de l'empilement, la couche diélectrique D2, appelée deuxième couche diélectrique, est disposée sur et en contact avec la face supérieure de la troisième couche conductrice M3, la deuxième couche conductrice M2 est disposée sur et en contact avec la face supérieure de la deuxième couche diélectrique D2, la couche diélectrique D1, appelée première couche diélectrique, est disposée sur et en contact avec la face supérieure de la deuxième couche conductrice M2, et la première couche conductrice M1 est disposée sur et en contact avec la face supérieure de la première couche diélectrique D1.The network 203 of the figure 2 comprises a stack of three conductive layers (or conductive levels) M1, M2 and M3, respectively called first, second and third conductive layers M1, M2 and M3, separated two by two by layers dielectrics D1 and D2. More particularly, in the example of figure 2 the third conductive layer M3 forms the lower layer of the stack, the dielectric layer D2, called the second dielectric layer, is disposed on and in contact with the upper face of the third conductive layer M3, the second conductive layer M2 is disposed on and in contact with the upper face of the second dielectric layer D2, the dielectric layer D1, called the first dielectric layer, is disposed on and in contact with the upper face of the second conductive layer M2, and the first conductive layer M1 is disposed on and in contact with the upper face of the first dielectric layer D1.

Les couches conductrices M1, M2 et M3 sont par exemple des couches métalliques, par exemple en cuivre. Chacune des couches conductrices M1, M2, M3 a par exemple une épaisseur comprise entre 1 et 30 µm, par exemple de l'ordre de 17 µm. La deuxième couche diélectrique D2 est par exemple constituée d'une feuille multicouches laminée à base de polytétrafluoroéthylène (PTFE) et de céramique, par exemple du type commercialisé par la société Rogers sous la dénomination commerciale Duroid®6002. A titre d'exemple, la deuxième couche diélectrique D2 présente une épaisseur de l'ordre de 254 µm. Dans l'exemple représenté, la première couche diélectrique D1 est constituée d'un empilement d'une couche diélectrique 207 et d'un film de colle diélectrique 209. Le film de colle 209 est disposé sur et en contact avec la face supérieure de la deuxième couche conductrice M2, et la couche 207 est disposée sur et en contact avec la face supérieure du film de colle 209 (la couche conductrice M1 étant disposée sur et en contact avec la face supérieure de la couche 207). La couche diélectrique 207 est par exemple constituée d'une feuille multicouches laminée à base de polytétrafluoroéthylène (PTFE) et de céramique, par exemple du type commercialisé par la société Rogers sous la dénomination commerciale Duroid®6002. A titre d'exemple, la couche 207 présente une épaisseur de l'ordre de 127 µm. Le film de colle 209 est par exemple une couche adhésive ayant notamment pour fonction de fixer la couche 207 sur la face supérieure de la couche M2. Le film de colle 209 a par exemple une épaisseur de l'ordre de 100 pm. A titre d'exemple, la couche M2 est imprimée sur la face supérieure de la deuxième couche diélectrique D2 avant fixation de la couche D1 sur la face supérieure de la couche M2. Les couches M3 et M1 peuvent quant à elles être imprimées respectivement sur la face inférieure de la couche D2 et sur la face supérieure de la couche 207. Dans l'exemple de la figure 2, le réseau transmetteur 203 comprend uniquement trois couches conductrices M1, M2 et M3, c'est-à-dire qu'il ne comprend pas de couche conductrice supplémentaire du côté de la face supérieure de la couche conductrice M1, et qu'il ne comprend pas de couche conductrice supplémentaire du côté de la face inférieure de la couche conductrice M3. On notera que les épaisseurs mentionnées ci-dessus des différentes couches sont données uniquement à titre illustratif. Ces épaisseurs ont été optimisées pour un fonctionnement à une fréquence centrale de l'ordre de 141 GHz. Ces épaisseurs peuvent toutefois être modifiées en fonction des besoins de l'application, par exemple pour réaliser une antenne destinée à fonctionner à des fréquences plus élevées ou plus faibles.The conductive layers M1, M2 and M3 are for example metal layers, for example copper. Each of the conductive layers M1, M2, M3 has, for example, a thickness of between 1 and 30 μm, for example of the order of 17 μm. The second dielectric layer D2 consists, for example, of a laminated multilayer film based on polytetrafluoroethylene (PTFE) and ceramic, for example of the type marketed by Rogers under the trade name Duroid®6002. For example, the second dielectric layer D2 has a thickness of the order of 254 microns. In the example shown, the first dielectric layer D1 consists of a stack of a dielectric layer 207 and a dielectric adhesive film 209. The adhesive film 209 is placed on and in contact with the upper face of the second conductive layer M2, and the layer 207 is disposed on and in contact with the upper face of the adhesive film 209 (the conductive layer M1 being disposed on and in contact with the upper face of the layer 207). The dielectric layer 207 is for example made of a multilayer laminated sheet based on polytetrafluoroethylene (PTFE) and ceramic, for example of the type marketed by Rogers under the trade name Duroid®6002. For example, the layer 207 has a thickness of the order of 127 microns. The adhesive film 209 is for example an adhesive layer having in particular to fix the layer 207 on the upper face of the layer M2. The adhesive film 209 has, for example, a thickness of the order of 100 μm. By way of example, the layer M2 is printed on the upper face of the second dielectric layer D2 before fixing the layer D1 on the upper face of the layer M2. The layers M3 and M1 can be printed respectively on the underside of the layer D2 and on the upper face of the layer 207. In the example of FIG. figure 2 , the transmitter network 203 comprises only three conductive layers M1, M2 and M3, that is to say that it does not comprise any additional conductive layer on the side of the upper face of the conductive layer M1, and that it does not comprises no additional conductive layer on the side of the lower face of the conductive layer M3. It will be noted that the thicknesses mentioned above of the various layers are given for illustrative purposes only. These thicknesses have been optimized for operation at a central frequency of the order of 141 GHz. These thicknesses can however be modified according to the needs of the application, for example to make an antenna intended to operate at higher or lower frequencies.

Dans l'exemple de la figure 2, les premiers éléments d'antenne 205a des cellules élémentaires 205 sont formés dans la couche conductrice supérieure M1, et les deuxièmes éléments d'antenne 205b des cellules élémentaires 205 sont formés dans la couche conductrice inférieure M3.In the example of the figure 2 the first antenna elements 205a of the elementary cells 205 are formed in the upper conductive layer M1, and the second antenna elements 205b of the elementary cells 205 are formed in the lower conductive layer M3.

Dans chaque cellule élémentaire 205, l'élément d'antenne supérieur 205a est constitué par un motif conducteur formé dans la couche conductrice M1. Par motif, il est entendu que la forme que prend la couche conductrice présente des particularités géométriques données. L'élément d'antenne 205a de chaque cellule élémentaire 205 est isolé électriquement des éléments d'antenne 205a des autres cellules du réseau. Autrement dit, la couche conductrice M1 est une couche discontinue, c'est-à-dire qu'une bande périphérique du matériau conducteur de la couche M1 est retirée autour de chaque élément d'antenne 205a, séparant l'élément d'antenne 205a des cellules voisines. Dans chaque cellule élémentaire 205, le motif conducteur formant l'élément d'antenne 205a est par exemple un motif continu ou monobloc. A titre d'exemple, le motif conducteur formant l'élément d'antenne 205a occupe, en vue de dessus, une surface supérieure à 20 % de la surface de la cellule 205.In each elementary cell 205, the upper antenna element 205a is constituted by a conductive pattern formed in the conductive layer M1. By design, it is understood that the shape that the conductive layer takes has given geometrical features. The antenna element 205a of each elementary cell 205 is electrically isolated from the antenna elements 205a of the other cells of the network. In other words, the conductive layer M1 is a discontinuous layer, that is to say that a peripheral band of the conductive material of the layer M1 is withdrawn around each antenna element 205a, separating the antenna element 205a from the neighboring cells. In each elementary cell 205, the conductive pattern forming the antenna element 205a is for example a continuous or monoblock pattern. By way of example, the conductive pattern forming antenna element 205a occupies, in top view, an area greater than 20% of the surface of cell 205.

Dans chaque cellule élémentaire 205, l'élément d'antenne inférieur 205b est constitué par un motif conducteur ou plot conducteur formé dans la couche conductrice M3. L'élément d'antenne inférieur 205b est disposé au moins en partie en vis-à-vis (à l'aplomb) de l'élément d'antenne supérieur 205a. L'élément d'antenne 205b de chaque cellule élémentaire 205 est isolé électriquement des éléments d'antenne 205b des autres cellules du réseau. Autrement dit, la couche conductrice M3 est une couche discontinue. Dans chaque cellule élémentaire 205, le motif conducteur formant l'élément d'antenne 205b est par exemple un motif continu. A titre d'exemple, le motif conducteur formant l'élément d'antenne 205b occupe une surface supérieure à 20 % de la surface supérieure de la cellule 205.In each elementary cell 205, the lower antenna element 205b is constituted by a conductive pattern or conductive pad formed in the conductive layer M3. The lower antenna element 205b is disposed at least partly facing the plumb (above) of the upper antenna element 205a. The antenna element 205b of each elementary cell 205 is electrically isolated from the antenna elements 205b of the other cells of the network. In other words, the conductive layer M3 is a discontinuous layer. In each elementary cell 205, the conductive pattern forming the antenna element 205b is for example a continuous pattern. By way of example, the conductive pattern forming the antenna element 205b occupies an area greater than 20% of the upper surface of the cell 205.

Dans l'exemple de la figure 2, la couche conductrice intermédiaire M2 forme un plan de masse s'étendant de façon continue sur sensiblement toute la surface du réseau 203.In the example of the figure 2 the intermediate conductive layer M2 forms a ground plane extending continuously over substantially the entire surface of the grating 203.

Selon un aspect d'un mode de réalisation, le réseau transmetteur 203 de la figure 2 comprend deux types de cellules élémentaires 205, des cellules dites de type I (205-I) et des cellules dites de type II (205-II).According to one aspect of an embodiment, the transmitter network 203 of the figure 2 comprises two types of elementary cells 205, type I cells (205-I) and type II cells (205-II).

Chaque cellule de type I comprend un via conducteur 211 traversant les couches diélectriques D1 et D2 et la couche conductrice intermédiaire M2, le via 211 étant agencé de manière à connecter l'élément d'antenne supérieur 205a à l'élément d'antenne inférieur 205b. Par connecter, on entend ici que le via 211 est en contact mécaniquement et électriquement, par sa face supérieure, avec la face inférieure de l'élément d'antenne 205a, et, par sa face inférieure, avec la face supérieure de l'élément d'antenne 205b. Le via conducteur 211 est isolé, c'est-à-dire qu'il n'est pas en contact électrique avec la couche conductrice intermédiaire M2. Autrement dit, le via 211 est agencé de manière à traverser la couche conductrice intermédiaire M2 sans la toucher, et est ainsi isolé de la couche conductrice intermédiaire M2. Plus particulièrement, dans l'exemple représenté, dans chaque cellule élémentaire de type I, la couche intermédiaire M2 comprend une ouverture localisée 213, par exemple une ouverture circulaire, en vis-à-vis des éléments d'antenne supérieur 205a et inférieur 205b. Le via 211 s'étend verticalement depuis la face inférieure de l'élément d'antenne 205a jusqu'à la face supérieure de l'élément d'antenne 205b (à travers les couches diélectriques D1 et D2), en passant par l'ouverture 213. Le via 211 permet de transférer l'énergie entre les éléments d'antenne 205a et 205b. Le via conducteur est par exemple en métal, par exemple en cuivre.Each type I cell comprises a conductive via 211 passing through the dielectric layers D1 and D2 and the intermediate conductive layer M2, the via 211 being arranged to connect the upper antenna element 205a to the lower antenna element 205b. . By connecting, here means that the via 211 is in contact mechanically and electrically, by its upper face, with the underside of the antenna element 205a, and, by its underside, with the upper face of the element antenna 205b. The conductive via 211 is isolated, that is to say that it is not in electrical contact with the intermediate conductive layer M2. In other words, the via 211 is arranged to pass through the intermediate conductive layer M2 without touching it, and is thus isolated from the intermediate conductive layer M2. More particularly, in the example shown, in each elementary cell type I, the intermediate layer M2 comprises a localized opening 213, for example a circular opening, vis-à-vis the upper antenna elements 205a and lower 205b. The via 211 extends vertically from the underside of the antenna element 205a to the upper face of the antenna element 205b (through the dielectric layers D1 and D2), through the opening 213. The via 211 makes it possible to transfer the energy between the antenna elements 205a and 205b. The conductive via is for example metal, for example copper.

Dans les cellules 205 de type II, il n'est pas prévu de via 211 traversant les couches diélectriques D1 et D2 et la couche conductrice M2, et l'élément d'antenne supérieur 205a de la cellule n'est pas connecté à l'élément d'antenne inférieur 205b de la cellule. Autrement dit, aucun élément électriquement conducteur ne relie directement l'élément d'antenne 205a de la cellule à l'élément d'antenne 205b de la cellule. A titre d'exemple, dans chaque cellule 205 de type II, la couche conductrice M2 comprend une ouverture localisée 215. L'ouverture 215 a une géométrie particulière, par exemple une fente en forme de I ou de H (en vue de dessus, non visible sur la figure 2), disposée au moins en partie en vis-à-vis des éléments d'antenne 205a et 205b de la cellule. L'ouverture 215 permet de transférer l'énergie entre les éléments d'antenne 205a et 205b.In the type II cells 205, there is no provision for via 211 traversing the dielectric layers D1 and D2 and the conductive layer M2, and the upper antenna element 205a of the cell is not connected to the lower antenna element 205b of the cell. In other words, no electrically conductive element directly connects the antenna element 205a of the cell to the antenna element 205b of the cell. By way of example, in each type II cell 205, the conductive layer M2 comprises a localized opening 215. The opening 215 has a particular geometry, for example an I-shaped or H-shaped slot (seen from above, not visible on the figure 2 ), disposed at least in part vis-à-vis the antenna elements 205a and 205b of the cell. The opening 215 transfers energy between the antenna elements 205a and 205b.

Ainsi, dans le mode de réalisation de la figure 2, le réseau 203 combine des cellules élémentaires dans lesquelles le couplage entre les éléments d'antenne 205a et 205b est réalisé par un via (type I) et des cellules élémentaires dans lesquelles le couplage entre les éléments d'antenne 205a et 205b est réalisé sans via (type II). Les types de cellules I et II ont pour point commun que la couche conductrice intermédiaire M2 comprend une ouverture agencée soit pour laisser passer un via conducteur isolé de la couche M2 (dans les cellules de type I) soit pour former une fente ayant un motif particulier, par exemple en forme de I ou de H (dans les cellules de type II).So, in the embodiment of the figure 2 , the network 203 combines elementary cells in which the coupling between the antenna elements 205a and 205b is achieved by a via (type I) and elementary cells in which the coupling between the antenna elements 205a and 205b is made without via (type II). The types of cells I and II have for point common that the intermediate conductive layer M2 comprises an opening arranged either to pass an insulated conductive via M2 layer (in type I cells) or to form a slot with a particular pattern, for example I-shaped or H (in type II cells).

Les figures 3A et 3B sont des schémas électriques équivalents modélisant respectivement le comportement d'une cellule de type I et d'une cellule de type II du réseau transmetteur 203 de la figure 2.The Figures 3A and 3B are equivalent electrical diagrams respectively modeling the behavior of a type I cell and a type II cell of the transmitter network 203 of the figure 2 .

Dans les deux types de cellules, l'élément d'antenne 205a est modélisé par une association en parallèle d'une résistance, d'une inductance et d'une capacité entre des noeuds n1 et n2 du circuit, et l'élément d'antenne 205b est modélisé par une association en parallèle d'une résistance, d'une inductance et d'une capacité entre des noeuds n3 et n4 du circuit équivalent.In both cell types, the antenna element 205a is modeled by a parallel association of a resistor, an inductance and a capacitance between nodes n1 and n2 of the circuit, and the element of Antenna 205b is modeled by an association in parallel of a resistor, an inductance and a capacitance between nodes n3 and n4 of the equivalent circuit.

Dans les deux types de cellules, le circuit équivalent comprend en outre un transformateur T1 modélisant le couplage entre une source primaire de l'antenne et l'élément d'antenne 205a de la cellule. Le transformateur T1 comprend deux enroulements conducteurs couplés magnétiquement, l'un des deux enroulements ayant ses deux extrémités connectées respectivement aux noeuds n1 et n2 du circuit équivalent, et l'autre enroulement ayant ses deux extrémités connectées respectivement à deux noeuds d'un circuit équivalent (non représenté) modélisant la source primaire. Le transformateur T1 modélise la transmission d'une onde électromagnétique incidente Wi de la source primaire vers l'élément d'antenne 205a, ou d'une onde électromagnétique transmise Wt par la cellule, de l'élément d'antenne 205a vers la source primaire.In both types of cells, the equivalent circuit further comprises a transformer T1 modeling the coupling between a primary source of the antenna and the antenna element 205a of the cell. The transformer T1 comprises two magnetically coupled conductive windings, one of the two windings having its two ends respectively connected to the nodes n1 and n2 of the equivalent circuit, and the other winding having its two ends respectively connected to two nodes of an equivalent circuit. (not shown) modeling the primary source. Transformer T1 models the transmission of an incident electromagnetic wave W i from the primary source to the antenna element 205a, or of a transmitted electromagnetic wave W t by the cell, of the antenna element 205a to the primary source.

Dans les deux types de cellules, le circuit équivalent comprend de plus un transformateur T2 modélisant le couplage entre une source externe et l'élément d'antenne 205b de la cellule. Le transformateur T2 comprend deux enroulements conducteurs couplés magnétiquement, l'un des deux enroulements ayant ses deux extrémités connectées respectivement aux noeuds n3 et n4 du circuit équivalent, et l'autre enroulement ayant ses deux extrémités connectées respectivement à deux noeuds d'un circuit équivalent (non représenté) modélisant la source externe. Le transformateur T2 modélise la transmission d'une onde électromagnétique incidente Wi de la source externe vers l'élément d'antenne 205b, ou d'une onde électromagnétique transmise Wt de l'élément d'antenne 205b vers la source externe ou dans l'espace de propagation.In both types of cells, the equivalent circuit further comprises a transformer T2 modeling the coupling between an external source and the antenna element 205b of the cell. The transformer T2 comprises two magnetically coupled conductive windings, one of the two windings having its two ends connected respectively to the nodes n3 and n4 of the equivalent circuit, and the other winding having its two ends respectively connected to two nodes of an equivalent circuit (not shown) modeling the external source. The transformer T2 models the transmission of an incident electromagnetic wave W i from the external source to the antenna element 205b, or of a transmitted electromagnetic wave W t from the antenna element 205b to the external source or the propagation space.

De plus, dans les deux types de cellules, le circuit équivalent comprend un réseau de couplage CN ayant un premier noeud d'entrée/sortie connecté au noeud n1, un deuxième noeud d'entrée/sortie connecté au noeud n2, un troisième noeud d'entrée/sortie connecté au noeud n3, et un quatrième noeud d'entrée/sortie connecté au noeud n4. Le circuit CN modélise le couplage entre les éléments d'antenne 205a et 205b de la cellule.Moreover, in both types of cells, the equivalent circuit comprises an NC coupling network having a first input / output node connected to the node n1, a second input / output node connected to the node n2, a third node of input / output connected to node n3, and a fourth input / output node connected to node n4. The CN circuit models the coupling between the antenna elements 205a and 205b of the cell.

Dans les cellules de type I (couplage par via), il existe une connexion électrique directe entre les éléments d'antenne 205a et 205b. Le réseau de couplage CN comprend une association en série de deux inductances reliant le noeud n1 au noeud n3, et une capacité ayant une première électrode connectée au point milieu entre les deux inductances et une deuxième électrode connectée aux noeuds n2 et n4.In type I cells (via coupling), there is a direct electrical connection between the antenna elements 205a and 205b. The coupling network CN comprises a series association of two inductors connecting the node n1 to the node n3, and a capacitance having a first electrode connected to the midpoint between the two inductances and a second electrode connected to the nodes n2 and n4.

Dans les cellules de type II (couplage sans via), il n'existe pas de connexion électrique directe entre les éléments d'antenne 205a et 205b. Le réseau de couplage CN comprend un transformateur constitué de deux enroulements couplés magnétiquement, le premier enroulement ayant ses extrémités connectées respectivement aux noeuds n1 et n2 et le deuxième enroulement ayant ses extrémités connectées respectivement aux noeuds n3 et n4.In type II (non-via) cells, there is no direct electrical connection between the antenna elements 205a and 205b. The coupling network CN comprises a transformer consisting of two magnetically coupled windings, the first winding having its ends respectively connected to the nodes n1 and n2 and the second winding having its ends respectively connected to the nodes n3 and n4.

Les essais réalisés ont montré que le fait de combiner des cellules à couplage par via et des cellules à couplage sans via dans un même réseau transmetteur permet d'atteindre des fréquences de fonctionnement plus élevées et/ou d'obtenir des bandes passantes plus étendues que lorsqu'un seul type de cellule est utilisé. En particulier, combiner les deux topologies permet de s'affranchir des limites et des tolérances de fabrication d'une technologie de réalisation fixée et donc d'atteindre des bandes passantes plus étendues que lorsqu'un seul type de cellule est utilisé.Tests have shown that combining via-coupled cells and non-via-coupled cells in the same transmitter network can achieve higher operating frequencies and / or higher bandwidths than when only one type of cell is used. In particular, combining the two topologies makes it possible to overcome the limitations and manufacturing tolerances of a fixed embodiment technology and thus to achieve greater bandwidths than when only one type of cell is used.

Pour limiter la complexité et maximiser la bande passante du réseau transmetteur, les cellules élémentaires du réseau peuvent avoir un nombre N limité de configurations (formes, dimensions et disposition des éléments d'antenne et de couplage), correspondant à N valeurs de déphasage distinctes, où N est un entier supérieur ou égal à 2. Autrement dit, à la conception du réseau, chaque cellule élémentaire est choisie parmi l'une de N configurations distinctes, correspondant respectivement à N valeurs de déphasage distinctes, ce qui revient à quantifier sur log2(N) bits le déphasage introduit par les cellules. Les cellules d'une même configuration sont identiques aux dispersions de fabrication près, et le réseau transmetteur peut comprendre plusieurs cellules de chaque configuration. A titre d'exemple, N est un entier supérieur ou égal à 4, et, parmi les N configurations de cellules, plusieurs sont de type I (à couplage par via) et plusieurs sont de type II (à couplage sans via). Les N configurations de cellules sont de préférence choisies de façon que les N valeurs de déphasages introduites respectivement par les cellules des N configurations soient de l'ordre de 0°, 360°/N, 2*360°/N, ... (N-1)*360°/N.To limit the complexity and maximize the bandwidth of the transmitting network, the elementary cells of the network may have a limited number N of configurations (shapes, dimensions and arrangement of the antenna and coupling elements), corresponding to N distinct phase shift values, where N is an integer greater than or equal to 2. In other words, at the design of the network, each elementary cell is chosen from one of N distinct configurations, respectively corresponding to N distinct phase shift values, which amounts to quantifying on log 2 (N) bits the phase shift introduced by the cells. The cells of the same configuration are identical to the manufacturing dispersions, and the transmitting network may comprise several cells of each configuration. For example, N is an integer greater than or equal to 4, and of the N cell configurations, several are type I (via-coupled) and several are type II (non-via coupled). The N cell configurations are preferably chosen so that the N phase shift values introduced respectively by the cells of the N configurations are of the order of 0 °, 360 ° / N, 2 * 360 ° / N, ... ( N-1) * 360 ° / N.

La figure 4 est une vue en perspective illustrant plus en détail un exemple de réalisation des cellules élémentaires du réseau. Dans cet exemple, le nombre N de configurations distinctes de cellules est fixé à 8, soit une quantification sur 3 bits de la valeur de déphasage introduite par les cellules, avec des valeurs de déphasage relatives des 8 configurations de cellules respectivement de l'ordre de 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° et 315°. Dans cet exemple, les cellules ont été optimisées pour un fonctionnement à une fréquence centrale de 141 GHz. On désigne ici par UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6, UC7 et UC8 les 8 configurations de cellules.The figure 4 is a perspective view illustrating in more detail an embodiment of the elementary cells of the network. In this example, the number N of distinct cell configurations is set to 8, a 3-bit quantization of the phase shift value introduced by the cells, with relative phase shift values of the 8 cell configurations respectively of the order of 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 ° and 315 °. In this example, the cells have been optimized for operation at a center frequency of 141 GHz. We design here by UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6, UC7 and UC8 the 8 cell configurations.

Dans cet exemple, les cellules UC1, UC2 et UC3 sont de type II (couplage sans via) et les cellules UC4, UC5, UC6, UC7 et UC8 sont de type I (couplage par via).In this example, the cells UC1, UC2 and UC3 are of type II (coupling without via) and the cells UC4, UC5, UC6, UC7 and UC8 are of type I (via coupling).

Dans chacune des cellules de type II UC1, UC2 et UC3, les éléments d'antenne 205a et 205b de la cellule présentent chacun un motif correspondant à une plaque pleine de forme rectangulaire. De plus, dans chacune des cellules UC1, UC2 et UC3, l'élément d'antenne 205a est de même dimension que l'élément d'antenne 205b et est disposé entièrement en vis-à-vis de l'élément d'antenne 205b. Autrement dit, dans chacune des cellules UC1, UC2 et UC3, l'élément d'antenne 205a est de même forme et de mêmes dimensions que l'élément d'antenne 205b, et est placé entièrement en vis-à-vis de l'élément d'antenne 205b. Dans chacune des cellules UC1, UC2 et UC3, la fente de couplage 215 est en forme de I. Les cellules UC1, UC2 et UC3 diffèrent les unes des autres par les dimensions de leurs éléments d'antennes 205a et 205b et/ou de leur fente de couplage 215. Ceci permet d'ajuster la réponse de chaque cellule pour obtenir les états de phase nécessaires.In each of the type II cells UC1, UC2 and UC3, the antenna elements 205a and 205b of the cell each have a pattern corresponding to a solid plate of rectangular shape. In addition, in each of the cells UC1, UC2 and UC3, the antenna element 205a is of the same size as the antenna element 205b and is disposed entirely opposite the antenna element 205b. . In other words, in each of the cells UC1, UC2 and UC3, the antenna element 205a is of the same shape and dimensions as the antenna element 205b, and is placed entirely opposite the antenna element 205b. In each of the cells UC1, UC2 and UC3, the coupling slot 215 is I-shaped. The cells UC1, UC2 and UC3 differ from each other by the dimensions of their antenna elements 205a and 205b and / or their Coupling slot 215. This adjusts the response of each cell to obtain the necessary phase states.

Dans chacune des cellules de type I UC4, UC5, UC6 et UC7, les éléments d'antenne 205a et 205b de la cellule ont chacun la forme d'une plaque pleine présentant des bords rectilignes et au moins un bord arrondi ou plus généralement curviligne. De plus, dans chacune des cellules UC4, UC5, UC6 et UC7, l'élément d'antenne 205a est de même forme et de mêmes dimensions que l'élément d'antenne 205b, et est placé au moins partiellement en vis-à-vis de l'élément d'antenne 205b. Les cellules UC4, UC5, UC6 et UC7 diffèrent les unes des autres par les formes et/ou dimensions de leurs éléments d'antennes 205a et 205b et/ou par le diamètre de leur ouverture circulaire 213 formée dans la couche conductrice M2 ou par le diamètre de leur via conducteur 211.In each of the type I cells UC4, UC5, UC6 and UC7, the antenna elements 205a and 205b of the cell are each in the form of a solid plate having straight edges and at least one rounded or more generally curvilinear edge. Moreover, in each of the cells UC4, UC5, UC6 and UC7, the antenna element 205a is of the same shape and dimensions as the antenna element 205b, and is placed at least partially vis-à- screw of the antenna element 205b. The cells UC4, UC5, UC6 and UC7 differ from one another by the shapes and / or dimensions of their antenna elements 205a and 205b and / or by the diameter of their circular opening 213 formed in the conductive layer M2 or by the diameter of their conductive via 211.

Dans la cellule de type I UC8, les éléments d'antenne 205a et 205b ont chacun la forme d'une plaque rectangulaire comportant une ouverture en forme de U dans sa partie centrale. De plus, l'élément d'antenne 205a est de mêmes dimensions que l'élément d'antenne 205b, et est placé entièrement en vis-à-vis de l'élément d'antenne 205b.In the type I cell UC8, the antenna elements 205a and 205b each have the shape of a rectangular plate having a U-shaped opening in its central part. In addition, the antenna element 205a is of the same dimensions as the antenna element 205b, and is placed entirely opposite the antenna element 205b.

Plus généralement, les cellules élémentaires de type I et II peuvent être formées à partir de tous autres motifs facilement industrialisables, étant entendu que l'on pourra, pour obtenir les déphasages souhaités, faire varier un ou plusieurs des paramètres suivants : la forme des éléments d'antenne 205a et 205b, les dimensions de l'ouverture 213 ou 215 formée dans la couche conductrice M2, les dimensions des éléments d'antenne 205a et/ou 205b, les dimensions du via conducteur 211 ou de la fente 215, etc.More generally, the elementary cells of type I and II can be formed from all other easily industrializable units, it being understood that one can, to obtain the desired phase shifts, vary one or more of the following parameters: the shape of the elements antenna 205a and 205b, the dimensions of the opening 213 or 215 formed in the conductive layer M2, the dimensions of the antenna elements 205a and / or 205b, the dimensions of the via conductor 211 or the slot 215, etc.

Les figures 5A et 5B illustrent la réponse en fréquence des cellules élémentaires UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6, UC7 et UC8 de l'exemple de la figure 4.The Figures 5A and 5B illustrate the frequency response of the elementary cells UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6, UC7 and UC8 of the example of FIG. figure 4 .

La figure 5A illustre l'évolution, en fonction de la fréquence F de l'onde incidente (en abscisse, en GHz), de l'amplitude du coefficient de transmission S21 (en ordonnée, en dB) de chaque cellule. La figure 5A comprend plus particulièrement huit courbes C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7 et C8 représentant l'évolution de l'amplitude du coefficient de transmission respectivement pour les huit configurations de cellules élémentaires UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6, UC7 et UC8 de l'exemple de la figure 4.The Figure 5A illustrates the evolution, as a function of the frequency F of the incident wave (in abscissa, in GHz), of the amplitude of the transmission coefficient S 21 (in ordinate, in dB) of each cell. The Figure 5A more particularly comprises eight curves C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7 and C8 representing the evolution of the amplitude of the transmission coefficient respectively for the eight configurations of elementary cells UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6, UC7 and UC8 of the example of the figure 4 .

La figure 5B illustre l'évolution, en fonction de la fréquence F de l'onde incidente (en abscisse, en GHz), de la phase du coefficient de transmission S21 (en ordonné en degrés) de chaque cellule. La figure 5B comprend plus particulièrement huit courbes D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7 et D8 représentant l'évolution de la phase du coefficient de transmission respectivement pour les huit configurations de cellules élémentaires UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6, UC7 et UC8 de l'exemple de la figure 4.The Figure 5B illustrates the evolution, as a function of the frequency F of the incident wave (in abscissa, in GHz), of the phase of the transmission coefficient S 21 (ordered in degrees) of each cell. The Figure 5B more particularly comprises eight curves D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7 and D8 representing the evolution of the phase of the transmission coefficient respectively for the eight configurations of elementary cells UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6 , UC7 and UC8 of the example of the figure 4 .

Comme cela apparaît sur la figure 5A, la bande passante à -1 dB du réseau transmetteur présente une largeur de l'ordre de 29 GHz, pour une fréquence centrale de travail de l'ordre de 141 GHz, soit une bande passante relative d'environ 20 %.As it appears on the Figure 5A , the -1 dB bandwidth of the transmitter network has a width of the order of 29 GHz, for a central working frequency of the order of 141 GHz, a relative bandwidth of about 20%.

La figure 5B illustre les déphasages respectifs introduits par les différentes cellules. En prenant la cellule UC2 (courbe D2) comme cellule de référence (déphasage nul), on voit sur la figure 5B que quelle que soit la fréquence de fonctionnement (dans la bande susmentionnée de 29 GHz centrée sur une fréquence centrale de travail de 141 GHz), la cellule UC3 (courbe D3) introduit un déphasage relatif (par rapport au déphasage introduit par la cellule UC2) d'environ 45°, la cellule UC4 introduit un déphasage relatif d'environ 90°, la cellule UC7 introduit un déphasage relatif d'environ 135°, la cellule UC8 introduit un déphasage relatif d'environ 180°, la cellule UC5 introduit un déphasage relatif d'environ 225°, la cellule UC6 introduit un déphasage relatif d'environ 270°, et la cellule UC1 introduit un déphasage relatif d'environ 315°.The Figure 5B illustrates the respective phase shifts introduced by the different cells. By taking the cell UC2 (curve D2) as a reference cell (zero phase shift), we see on the Figure 5B whatever the operating frequency (in the above-mentioned band of 29 GHz centered on a central working frequency of 141 GHz), the cell UC3 (curve D3) introduces a relative phase shift (with respect to the phase shift introduced by the cell UC2) by approximately 45 °, the UC4 cell introduces a relative phase shift of about 90 °, the UC7 cell introduces a relative phase shift of about 135 °, the UC8 cell introduces a relative phase shift of about 180 °, the UC5 cell introduces a Relative phase shift of about 225 °, the UC6 cell introduces a relative phase shift of about 270 °, and the UC1 cell introduces a relative phase shift of about 315 °.

Ainsi, le mode de réalisation décrit en relation avec la figure 2, consistant à combiner au sein d'un même réseau transmetteur des cellules élémentaire à couplage par via et des cellules élémentaires à couplage sans via, permet d'atteindre des fréquences de travail particulièrement élevées, avec des bandes passantes relatives importantes.Thus, the embodiment described in connection with the figure 2 , consisting in combining, in the same transmitter network, elementary cells with via-coupling and elementary cells with no-via coupling, makes it possible to reach particularly high working frequencies, with significant relative bandwidths.

Cette solution est tout particulièrement adaptée à la réalisation d'antennes destinées à fonctionner à des fréquences comprises entre 80 GHz et 200 GHz, mais peut être utilisées plus généralement à d'autres fréquences, par exemple pour réaliser des antennes destinées à fonctionner à des fréquences comprises entre 1 et 300 GHz.This solution is particularly suitable for producing antennas intended to operate at frequencies between 80 GHz and 200 GHz, but can be used more generally at other frequencies, for example to produce antennas intended to operate at frequencies between 1 and 300 GHz.

Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples de réalisation des cellules de type I et II décrits en relation avec les figures 2 et 4.Particular embodiments have been described. Various variations and modifications will be apparent to those skilled in the art. In particular, the described embodiments are not limited to the embodiments of type I and II cells described in relation to the figures 2 and 4 .

On notera en particulier que les cellules de type II (à couplage sans via) peuvent inclure des cellules similaires à ce qui a été décrit en relation avec la figure 2, mais ne comportant pas de fente dans le plan de masse M2 en vis-à-vis des éléments d'antenne 205a et 205b.It will be noted in particular that type II (non-via-coupled) cells may include cells similar to this which has been described in relation to the figure 2 , but having no slot in the ground plane M2 vis-a-vis the antenna elements 205a and 205b.

Par ailleurs, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples de dimensions et de matériaux mentionnés dans la présente demande.Furthermore, the embodiments described are not limited to the examples of dimensions and materials mentioned in the present application.

Claims (10)

Réseau transmetteur (203) comprenant une pluralité de cellules (205), chaque cellule (205) étant adaptée à transmettre un signal radio en introduisant dans ce signal un déphasage, ladite pluralité de cellules comportant des cellules d'un premier type (205-I) et des cellules d'un deuxième type (205-II), dans lequel : le réseau comprend un empilement de première (M1), deuxième (M2) et troisième (M3) couches conductrices séparées deux à deux par des couches diélectriques (D1, D2), la deuxième couche conductrice (M2) étant une couche continue formant un plan de masse commun à toutes les cellules du réseau ; chaque cellule (205) comprend un premier élément d'antenne (205a) formé dans la première couche conductrice (M1) et un deuxième élément d'antenne (205b) formé dans la troisième couche conductrice (M3), la première couche conductrice (M1) étant une couche discontinue telle que les premiers éléments d'antenne (205a) des différentes cellules (205) soient isolés les uns des autres et la troisième couche conductrice (M3) étant une couche discontinue telle que les deuxièmes éléments d'antenne (205b) des différentes cellules (205) soient isolés les uns des autres ; dans chaque cellule du premier type (205-I), le premier élément d'antenne (205a) est connecté au deuxième élément d'antenne (205b) par un via conducteur (211) passant par une ouverture formée dans la deuxième couche conductrice (M2), le via (211) et l'ouverture (213) étant agencés de façon que le via ne soit pas en contact avec la deuxième couche conductrice (M2) ; et dans chaque cellule du deuxième type (205-II), le premier élément d'antenne (205a) n'est pas connecté au deuxième élément d'antenne (205b). A transmitter network (203) comprising a plurality of cells (205), each cell (205) being adapted to transmit a radio signal by introducing into said signal a phase shift, said plurality of cells comprising cells of a first type (205-I ) and cells of a second type (205-II), wherein: the network comprises a stack of first (M1), second (M2) and third (M3) conductive layers separated in pairs by dielectric layers (D1, D2), the second conductive layer (M2) being a continuous layer forming a plane mass common to all cells in the network; each cell (205) comprises a first antenna element (205a) formed in the first conductive layer (M1) and a second antenna element (205b) formed in the third conductive layer (M3), the first conductive layer (M1). ) being a discontinuous layer such that the first antenna elements (205a) of the different cells (205) are isolated from one another and the third conductive layer (M3) being a discontinuous layer such as the second antenna elements (205b ) the different cells (205) are isolated from each other; in each cell of the first type (205-I), the first antenna element (205a) is connected to the second antenna element (205b) by a conductive via (211) passing through an opening formed in the second conductive layer ( M2), the via (211) and the opening (213) being arranged so that the via is not in contact with the second conductive layer (M2); and in each cell of the second type (205-II), the first antenna element (205a) is not connected to the second antenna element (205b). Réseau transmetteur (203) selon la revendication 1, dans lequel, dans chaque cellule (205), le deuxième élément d'antenne (205b) est au moins partiellement en vis-à-vis du premier élément d'antenne (205a).The transmitter network (203) of claim 1, wherein in each cell (205) the second antenna element (205b) is at least partially opposite the first antenna element (205a). Réseau transmetteur (203) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, dans chaque cellule du deuxième type (205-II), le premier élément d'antenne (205a) est couplé au deuxième élément d'antenne (205b) par une fente (215) formée dans la deuxième couche conductrice (M2), au moins partiellement en vis-à-vis des premier (205a) et deuxième (205b) éléments d'antenne.A transmitter network (203) according to claim 1 or 2, wherein in each cell of the second type (205-II), the first antenna element (205a) is coupled to the second antenna element (205b) by a slot (215) formed in the second conductive layer (M2), at least partially vis-à-vis the first (205a) and second (205b) antenna elements. Réseau transmetteur (203) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant N configurations de cellules (UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6, UC7, UC8) distinctes, où N est un entier supérieur ou égal à 2, le réseau comprenant plusieurs cellules (205) de chaque configuration.A transmitter network (203) according to any one of claims 1 to 3, comprising N distinct cell configurations (UC1, UC2, UC3, UC4, UC5, UC6, UC7, UC8), where N is an integer greater than or equal to 2 the network comprising a plurality of cells (205) of each configuration. Réseau transmetteur (203) selon la revendication 4, dans lequel les N configurations de cellules sont choisies de façon que les N valeurs de déphasages introduites respectivement par les cellules des N configurations soient de l'ordre de 0°, 360°/N, 2*360°/N, ... (N-1)*360°/N.Transmitter network (203) according to claim 4, wherein the N cell configurations are chosen so that the N phase shift values respectively introduced by the cells of the N configurations are of the order of 0 °, 360 ° / N, 2 * 360 ° / N, ... (N-1) * 360 ° / N. Réseau transmetteur (203) selon la revendication 5, dans lequel N est égal à 8.The transmitter network (203) of claim 5, wherein N is 8. Réseau transmetteur (203) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, dans chaque cellule, le premier élément d'antenne (205a) est constitué par un motif conducteur continu et le deuxième élément d'antenne (205b) est constitué par un motif conducteur continu.A transmitter network (203) according to any one of claims 1 to 6, wherein in each cell the first antenna element (205a) is constituted by a continuous conductive pattern and the second antenna element (205b) is consisting of a continuous conductive pattern. Réseau transmetteur (203) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, dans chaque cellule, le premier élément d'antenne (205a) occupe une surface supérieure à 20 % de la surface de la cellule, et le deuxième élément d'antenne (205b) occupe une surface supérieure à 20 % de la surface de la cellule.A transmitter network (203) according to any one of claims 1 to 7, wherein in each cell the first antenna element (205a) occupies an area greater than 20% of the cell surface, and the second element antenna (205b) occupies an area greater than 20% of the cell area. Antenne à réseau transmetteur comprenant un réseau transmetteur (203) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, et au moins une source primaire (101) configurée pour irradier une face du réseau (203).A transmitting network antenna comprising a transmitter network (203) according to any one of claims 1 to 8, and at least one primary source (101) configured to radiate a face of the array (203). Antenne selon la revendication 9, adaptée à fonctionner à une fréquence comprise entre 1 et 300 GHz.Antenna according to claim 9, adapted to operate at a frequency between 1 and 300 GHz.
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