FR3122287A1 - Dispositif radiofréquence passif corrugué adapté pour un procédé de fabrication additive - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif radiofréquence passif (1) corrugué, notamment un guide d’onde ou une antenne de type cornet. Le dispositif (1) comporte une âme (2) comprenant au moins une face interne (4, 5, 6, 7; 12) délimitant un canal (3) pour filtrer et guider les ondes. Ladite au moins une face interne (4, 5, 6, 7; 12) du canal comporte une pluralité de cavités (9) ou de gorges (10). Chaque cavité (9) ou chaque gorge (10) est formée par des parois adjacentes (11a, 11b) substantiellement parallèles afin de filtrer les ondes traversant le canal. Les parois adjacentes (11a, 11b) sont inclinées par rapport à l’axe central du canal (3). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3
Description
La présente invention concerne un dispositif radiofréquence passif et notamment un filtre à guide d’ondes corrugué ou une antenne corruguée de type cornet adapté pour un procédé de fabrication additive.
Etat de la technique
Les dispositifs radiofréquence passifs servent à propager ou à manipuler des signaux radiofréquence sans utiliser de composants électroniques actifs. Les dispositifs radiofréquences passifs comportent par exemple des guides d’ondes passifs basé sur le guidage d’ondes à l’intérieur de canaux métallique creux, des filtres, des antennes, des convertisseurs de mode, etc. De tels dispositifs peuvent être utilisé pour le routage de signal, le filtrage fréquentiel, la séparation ou recombinaison de signaux, l’émission ou la réception dans ou depuis l’espace libre, etc.
Il existe un large éventail de différents types de filtre de guide d'ondes. Par exemple, les filtres à guide d'ondes ondulé, aussi appelés filtres à guide d'ondes strié ou corrugué, comportant un canal muni d’un certain nombre de crêtes, ou dents, qui réduisent périodiquement la hauteur interne du guide d'onde. Ils sont utilisés dans des applications qui nécessitent simultanément une large bande passante, une bonne adaptation de la bande passante et une large bande d'arrêt. Il s'agit essentiellement de modèles passe-bas contrairement à la plupart des autres formes qui sont généralement du type passe-bande. La distance entre les dents est beaucoup plus petite que la distance typique λ/4 entre les éléments d'autres types de filtres.
A titre d’exemple, US2010/308938 décrit un guide d’onde corrugué constitué d'un guide métallique de forme rectangulaire. Le guide d’onde comporte sur deux parois opposées une première, respectivement une seconde série de corrugations s’étendant le long du guide d’onde selon un profil sinusoïdal en regard l'un de l'autre. Les première et seconde série de corrugations agissent comme des éléments de rejet.
Les guides d’ondes en matériau conducteur ci-dessus peuvent être fabriqués par extrusion, pliage, découpage, électroformage par exemple. La réalisation de guides d’ondes avec des sections complexes, notamment les filtres à guide d’ondes corrugué, par ces méthodes de fabrication conventionnelles, est difficile et coûteuse.
Des travaux récents ont cependant démontré la possibilité de réaliser des guides d’ondes, y compris des filtres, à l’aide de méthodes de fabrication additive. On connait en particulier la fabrication additive de guides d’ondes formés dans des matériaux conducteurs.
Des guides d’ondes comportant des parois en matériaux non conducteurs, tels que des polymères ou des céramiques, fabriqués par une méthode additive puis recouvertes d’un placage métallique ont également été proposés. Par exemple, US2012/00849 propose de réaliser des guides d’ondes par impression 3D. A cet effet, une âme en plastique non conducteur est imprimée par une méthode additive puis recouverte d’un placage métallique par électrodéposition. Les surfaces internes des guides d’ondes doivent en effet être conductrice électriquement pour opérer.
L’utilisation d’une âme non conductrice permet, d’une part, de réduire le poids et le coût du dispositif et, d’autre part, de mettre en œuvre des méthodes d’impression 3D adaptées aux polymères ou aux céramiques et permettant de produire des pièces de haute précision avec une faible rugosité de paroi.
On connait aussi dans l’état de la technique des guides d’onde comportant une âme métallique réalisée en impression 3D. Dans ce cas, la fabrication additive permet notamment une grande liberté dans les formes qui peuvent être réalisées.
La fabrication additive est typiquement réalisée par couches successives parallèles à la section transversale du filtre, l’axe longitudinal de l’ouverture à travers le guide d’onde étant ainsi vertical lors de l’impression. Cette disposition permet de garantir la forme de l’ouverture, et d’éviter la déformation qui se produirait suite à l’affaissement de la paroi supérieure de l’ouverture avant le durcissement dans le cas d’une impression selon une direction différente.
Certains filtres à guide d’ondes, en particulier les filtres à guide d'ondes munis de cavités résonantes (corrugated waveguide filter), de par leur forme, sont toutefois difficiles à fabriquer par des méthodes de fabrication additive. En effet, des tentatives de fabrication par un procédé de fabrication additive ont révélé que certaines parties du filtre à guide d’ondes peuvent se trouver en porte-à-faux, en particulier les parois des cavités ou les dents des filtres à guide d'ondes corrugué. Ces parties en porte-à-faux peuvent par conséquent s’affaisser sous l’effet de la gravité lors du processus de fabrication.
Il est dès lors nécessaire d’interrompre le procédé de fabrication additive au cours du processus de fabrication afin d’ajouter des renforts de sorte à assurer la stabilité de la structure à imprimer, ce qui peut s’avérer compliqué et fastidieux et peut avoir un impact non négligeable sur la vitesse et la maitrise de la fabrication de ce type de filtres par des méthodes additives.
Un but de la présente invention est par conséquent de proposer un dispositif radiofréquence passif corrugué qui soit mieux adapté à un procédé de fabrication additive.
Bref résumé de l’invention
Ce but est atteint au moyen d’un dispositif radiofréquence passif corrugué comportant une âme comprenant au moins une face interne délimitant un canal pour filtrer et guider les ondes. Ladite au moins une face interne du canal comporte une pluralité de cavités ou de gorges. Chaque cavité ou chaque gorge est formée par des parois adjacentes substantiellement parallèles afin de filtrer les ondes traversant le canal. Les parois adjacentes de chaque cavité ou gorge sont inclinées par rapport à l’axe central du canal.
Selon une forme de réalisation, l’âme comporte plusieurs faces internes. Deux faces internes opposées comportent chacune ladite pluralité de cavités.
Selon une forme de réalisation, lesdites parois adjacentes formant les cavités ou les gorges sont inclinées selon un angle compris entre 20° et 55° par rapport à l’axe central du canal.
Selon une forme de réalisation, l’angle est compris entre 40° et 50° par rapport à l’axe central du canal, de préférence selon un angle de 45°.
Selon une forme de réalisation, l’inclinaison des parois adjacentes formant une cavité ou une gorge est substantiellement identique entre-elles.
Selon une forme de réalisation, l’inclinaison des parois adjacentes formant la pluralité des cavités ou des gorges annulaires est substantiellement identique à l’inclinaison des parois adjacentes formant une autre cavité quelconque respectivement une autre gorge quelconque.
Selon une forme de réalisation, la périodicité de la distribution des cavités par rapport à l’axe central du dispositif radiofréquence est constante.
Selon une forme de réalisation, la périodicité de la distribution des cavités par rapport à l’axe central du dispositif radiofréquence est variable.
Selon une forme de réalisation, la profondeur des cavités les unes par rapport aux autres est constante ou variable.
Selon une forme de réalisation, le dispositif radiofréquence est un guide d’ondes.
Selon une forme de réalisation, le dispositif radiofréquence est une antenne de type cornet.
Selon une forme de réalisation, les parois adjacentes formant les gorges annulaires sont des parois circulaires qui sont disposées sur une surface interne conique. Le diamètre des gorges annulaires change le long de l’axe central de manière monotone ou non-monotone.
Selon une forme de réalisation, la périodicité des gorges annulaires adjacentes par rapport à l’axe central de l’antenne est constante.
Selon une forme de réalisation, la périodicité des gorges annulaires adjacentes par rapport à l’axe central de l’antenne est variable.
Selon une forme de réalisation, les parois circulaires sont d’épaisseur constante les unes par rapport aux autres.
Selon une forme de réalisation, les parois circulaires sont d’épaisseur variable les unes par rapport aux autres.
Selon une forme de réalisation, la profondeur des gorges annulaires les unes par rapport aux autres est constante ou variable.
Brève description des figures
Des exemples de mise en œuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :
la illustre une vue schématique d’une section longitudinale d’un filtre à guide d’ondes corrugué selon l’état de la technique,
la illustre une vue schématique d’une section longitudinale d’un filtre à guide d’ondes corrugué selon une forme de réalisation de l’invention ;
la illustre une vue en perspective d’un filtre à guide d’onde corrugué selon une autre forme de réalisation de l’invention,
la illustre une vue en perspective d’une antenne-cornet corruguée selon une autre forme de réalisation de l’invention,
la illustre une coupe axiale de la ,
la illustre une vue partielle de la surface interne de l’antenne-cornet de la , et
les figures 7a, 7b, 7c représentent schématiquement une coupe axiale d’une antenne-cornet selon différents profils de l’âme.
Exemple(s) de mode de réalisation de l’invention
Selon une forme de réalisation, le dispositif radiofréquence passif corrugué est un filtre à guide d’ondes 1 qui peut revêtir différentes formes selon par exemple les figures 2 et 3. Le filtre comporte une âme 2 comprenant plusieurs faces internes 4, 5, 6, 7 qui délimitent un canal 3 configuré pour filtrer un signal électromagnétique selon une bande passante et une bande de fonctionnement prédéfinies. Par exemple, le filtre est prévu pour laisser passer une bande passante étroite à l’intérieur d’une plage de fréquence de l’ordre de 1GHz – 80 GHz
L’âme 2 comporte une face externe comportant plusieurs extensions 8 dont la forme s’apparente par exemple à des prismes droits comportant chacun des parois adjacentes 11a, 11b substantiellement parallèles et qui s’étende dans un plan incliné par rapport à l’axe central du canal 3. Selon la , ces prismes droits sont creux de sorte à former une pluralité de cavités 9 de résonnance s’étendant le long du canal 3 afin de filtrer des signaux hautes fréquences dans une plage de fréquence déterminée.
Les parois adjacentes 11a, 11b de chaque extension 8 sont inclinées par rapport à l’axe longitudinal du canal 3. L’âme 2 du filtre à guide d’ondes par exemple de la comporte plusieurs faces internes 4, 5, 6, 7 (voir également). Deux faces internes opposées 4, 5 comportent chacune une première, respectivement une seconde pluralité de cavités 9.
Le parois adjacentes 11a, 11b formant les cavités 9 sont inclinées selon un angle α compris entre 20° et 55° par rapport à l’axe central du canal 3. L’angle α est compris de préférences entre 40° et 50° par rapport à l’axe du canal 3, par exemple 45°.
L’inclinaison des parois adjacentes 11a, 11b du filtre à guide d’ondes formant une cavité 9 est substantiellement identique entre-elles et par rapport aux parois adjacentes 11a, 11b d’une autre cavité quelconque. L’inclinaison entre des parois formant une cavité peut toutefois varier par rapport à l’inclinaison des parois d’autres cavités selon une variante d’exécution.
Par ailleurs, la périodicité p de la distribution des cavités 9 par rapport à l’axe central du canal 3 du guide d’ondes 1 est constante ou peut être variable selon une variante d’exécution. La profondeur des cavités 9 du guide d’ondes 1 les unes par rapport aux autres peut être constante ou variable.
Selon une autre forme de réalisation illustrée par les figures 4 à 6, le dispositif radiofréquence passif corrugué est une antenne de type cornet 1. L’antenne comporte une âme 2 possédant une surface interne conique 12. Une pluralité de parois circulaire 11a, 11b s’entendent de la surface conique en direction de l’axe central de l’antenne 1 et sont adjacentes de se sorte à former une pluralité de gorges annulaires 10. Ces gorges annulaires sont concentriques à l’axe central de l’antenne 1, le diamètre de chaque gorge annulaire 10 étant différent par rapport au diamètre d’une gorge annulaire adjacente.
Selon la , les parois circulaires 11a, 11b formant les gorges annulaires 10 sont inclinées selon un angle α compris entre 20° et 55° par rapport à l’axe central de l’antenne. L’angle α est compris de préférences entre 40° et 50° par rapport à l’axe longitudinal du canal 3, par exemple 45°.
Par ailleurs, l’inclinaison des parois circulaire adjacentes 11a, 11b formant une gorge annulaire 10 est substantiellement identique entre-elles et par rapport aux parois adjacentes 11a, 11b d’une autre gorge annulaire quelconque. L’inclinaison entre des parois circulaires formant une gorge annulaire peut toutefois varier par rapport à l’inclinaison des parois d’autres gorges annulaires selon une variante d’exécution.
La périodicité p des gorges annulaires adjacentes par rapport à l’axe central de l’antenne 1 est constante ou variable.
Les parois circulaires peuvent avoir la même épaisseur t les unes par rapport aux autres ou une épaisseur différente. La profondeur des gorges annulaires les unes par rapport aux autres est constante ou variable.
Selon d’autres formes de réalisation illustrées par les figures 7a, 7b, 7c, l’antenne-cornet 1 peut avoir une âme 2 dont le profil varie le long de l’axe central de manière arbitraire. Par exemple, le profil de l’âme de l’antenne selon les figures 7a et 7b varie le long de l’axe central selon une fonction monotone alors que le profil de l’âme de l’antenne selon la figure 7c varie le long de l’axe central selon une fonction non-monotone.
La forme géométrique de l’âme 2 peut par exemple être déterminée par un logiciel de calcul en fonction de la bande passante désirée. La forme géométrique calculée peut être stockée dans un support de données informatiques.
L’âme 2 est fabriquée par un procédé de fabrication additive. Dans la présente demande, l’expression « fabrication additive » désigne tout procédé de fabrication de l’âme 2 par ajout de matière, selon les données informatiques stockées sur le support informatique et définissant la forme géométrique de l’âme 2.
L’âme 2 peut par exemple être fabriquée par un procédé de fabrication additive du type SLM (Selective Laser Melting). L’âme 2 peut aussi être fabriquée par d’autres méthodes de fabrication additives, par exemple par durcissement ou coagulation de liquide ou de poudre notamment, y compris sans limitation des méthodes basées sur la stéréolithographie, les jets d’encre (binder jetting), DED (Direct Energy Deposition), EBFF (Electron Beam Freedom Fabrication), FDM (Fused Deposition Modeling) PFF (Plastic Free Forming), par aérosols, BPM (Ballistic Particle Manufacturing), SLS (Selective Laser Sintering), ALM (Additive Layer Manufacturing), polyjet, EBM (Electron Beam Melting) , photopolymérisation, etc.
L’âme 2 peut par exemple être en photopolymère fabriquée par plusieurs couches superficielles de polymère liquide durcies par un rayonnement ultraviolet au cours d’un procédé de fabrication additive.
L’âme 2 peut également être formée d’un matériau conducteur, par exemple un matériau métallique, par un procédé de fabrication additive du type SLM dans lequel un laser ou un faisceau d’électrons vient fondre ou fritter plusieurs couches fines d’un matériau poudreux.
Selon une forme d’exécution, une couche de métal (non illustrée) est déposée sous forme de film par électrodéposition ou galvanoplastie sur les faces internes 4, 5, 6, 7 de l’âme 2. La métallisation permet de recouvrir les faces interne de l’âme 2 par une couche conductrice.
L’application de la couche de métal peut être précédée par une étape de traitement de surface des faces internes 4, 5, 6, 7 de l’âme 2 afin de favoriser l’accrochage de la couche de métal. Le traitement de surface peut comporter une augmentation de la rugosité de surface, et/ou la déposition d’une couche intermédiaire d’accrochage.
Les procédés de fabrication additives conventionnels ne sont toutefois pas particulièrement bien adaptés pour des filtres à guide d’ondes conventionnels, en particulier les filtres à guide d'ondes corrugués qui comportent un certain nombre de cavités selon la , puisque l’agencement de ces cavités crée des portions en porte-à-faux à l’extérieur du canal, qui sont difficiles à maintenir lors de l’impression des différentes strates. Des renforts pour ces portions en porte-à-faux doivent par conséquent être placés au cours du processus de la fabrication additive afin d’éviter que ces parties s’affaissent sous l’effet de la gravité.
Selon un aspect, et afin de remédier à cet inconvénient, le guide d’onde 1 est imprimé avec l’axe longitudinal z du canal 3 en position verticale, ou du moins sensiblement verticale.
La configuration géométrique du filtre à guide d’ondes 1 selon cet exemple d’exécution a l’avantage de permettre la réalisation de l’âme 2 par un procédé de fabrication additive dans une direction verticale opposée à la gravité sans avoir recours, au cours du processus de fabrication de l’âme 2, à un quelconque renfort destiné à éviter un affaissement d’une partie de l’âme sous l’effet de la gravité. En effet, de préférence, l’angle α des extensions en porte-à-faux par rapport à l’horizontale est suffisant pour permettre l’adhérence des couches superposées avant leur durcissement lors de l’impression.
Il est aussi possible de réaliser un guide d’onde de section elliptique ou ovale.
Claims (17)
- Dispositif radiofréquence passif (1) corrugué comportant une âme (2) comprenant au moins une face interne (4, 5, 6, 7; 12) délimitant un canal (3) pour filtrer et guider des ondes, ladite au moins une face interne (4, 5, 6, 7; 12) du canal comportant une pluralité de cavités (9) ou de gorges annulaires (10), chaque cavité (9) ou chaque gorge annulaire (10) étant formée par des parois adjacentes (11a, 11b) substantiellement parallèles afin de filtrer les ondes traversant le canal,
caractérisé en ce que
lesdites parois adjacentes (11a, 11b) sont inclinées par rapport à l’axe central du canal (3). - Dispositif radiofréquence passif (1) selon la revendication 1,caractérisé en ce quel’âme comporte plusieurs faces internes (4, 5, 6, 7), deux faces internes opposées (4, 5) comportant chacune ladite pluralité de cavités (9).
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon la revendication 1 ou 2,caractérisé en ce quelesdites parois adjacentes (11a, 11b) formant les cavités (9) ou les gorges annulaires (10) sont inclinées selon un angle (α) compris entre 20° et 55° par rapport à l’axe central du canal (3).
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon la revendication 3,caractérisé en ce queledit angle (α) est compris entre 40° et 50° par rapport à l’axe central du canal (3), de préférence selon un angle de 45°.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon l’une des revendications précédentes,caractérisé en ce quel’inclinaison desdites parois adjacentes (11a, 11b) formant la pluralité desdites cavités (9) ou desdites gorges annulaires (10) est substantiellement identique d’une cavité ou d’une gorge annulaire par rapport à une autre cavité quelconque respectivement une autre gorge annulaire quelconque.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon l’une des revendications précédentes,caractérisé en ce quela périodicité (p) de la distribution des cavités (9) par rapport à l’axe central du dispositif radiofréquence est constante.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon l’une des revendications 1 à 5,caractérisé en ce quela périodicité (p) de la distribution des cavités (9) par rapport à l’axe central du dispositif radiofréquence est variable.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon l’une des revendications 1 à 7,caractérisé en ce quela profondeur des cavités (9) les unes par rapport aux autres est constante.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon l’une des revendications 1 à 7,caractérisé en ce quela profondeur des cavités (9) les unes par rapport aux autres est variable.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon l’une des revendications précédentes,caractérisé en ce quele dispositif radiofréquence est un guide d’ondes.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon l’une des revendications 1 à 5,caractérisé en ce quele dispositif radiofréquence est une antenne de type cornet.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon la revendication précédente,caractérisé en ce quelesdites parois adjacentes (11a, 11b) formant les gorges annulaires (10) sont des parois circulaires qui sont disposées sur une surface interne conique (12), le diamètre des gorges annulaires changeant le long de l’axe central de manière monotone ou non-monotone.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon la revendication 11 ou 12,caractérisé en ce quela périodicité (p) des gorges annulaires adjacentes par rapport à l’axe central de l’antenne est constante.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon la revendication 11 ou 12,caractérisé en ce quela périodicité (p) des gorges annulaires adjacentes par rapport à l’axe central de l’antenne est variable.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon l’une des revendications 11 à 14,caractérisé en ce queles parois circulaires (11a, 11b) ont la même épaisseur (t) les unes par rapport aux autres.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon l’une des revendications 11 à 14,caractérisé en ce queles parois circulaires (11a, 11b) ont une épaisseur (t) différente les unes par rapport aux autres.
- Dispositif radiofréquence passif (1) selon l’une des revendications 11 à 16, caractérisé ce que la profondeur des gorges annulaires (10) les unes par rapport aux autres est constante ou variable.
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