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WO 2021/255660
PCT/IB2021/055303
Dispositif à guide d'ondes flexible et procédé de fabrication d'un tel
dispositif
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un dispositif à guide
d'ondes et
plus particulièrement un dispositif à guide d'ondes flexible capable
d'adapter sa longueur et l'orientation de ses extrémités en fonction des
circonstances afin de faciliter son assemblage. Le dispositif à guide d'ondes
flexible selon l'invention a par ailleurs l'avantage d'absorber des vibrations
ou des chocs. L'invention concerne également un procédé de fabrication
d'un tel dispositif.
Etat de la technique
[0002] Les signaux radiofréquence (RF) peuvent se propager soit dans un
espace libre, soit dans des dispositifs à guide d'ondes. Ces dispositifs à
guide
d'ondes sont utilisés pour canaliser les signaux RF ou pour les manipuler dans
le domaine spatial ou fréquentiel.
[0003] La présente invention concerne en particulier les
dispositifs RF
passifs qui permettent de propager et de manipuler des signaux
radiofréquence sans utiliser de composants électroniques actifs. Les guides
d'onde passifs peuvent être répartis en trois catégories distinctes :
= Les dispositifs basés sur le guidage d'ondes à l'intérieur de canaux
métalliques creux, couramment appelés guides d'ondes.
= Les dispositifs basés sur le guidage d'ondes à
l'intérieur de
substrats diélectriques.
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= Les dispositifs basés sur le guidage d'ondes au moyen d'ondes de
surface sur des substrats métalliques tels que des circuits imprimés PCB, des
microstrips, etc.
[0004] La présente invention concerne en particulier la
première
catégorie ci-dessus, collectivement désignée par la suite comme guides
d'ondes. Des exemples de tels dispositifs incluent des guides d'ondes en tant
que tels, des filtres, des antennes, des convertisseurs de mode, etc. Ils
peuvent
être utilisés pour le routage de signal, le filtrage fréquentiel, la
séparation
ou recombinaison de signaux, l'émission ou la réception de signaux dans ou
depuis l'espace libre, etc.
[0005] Les guide d'ondes sont généralement fabriqués en
matériau
conducteur, par exemple en métal, par extrusion ou pliage. La réalisation de
guides d'ondes avec des sections complexes par les méthodes de fabrication
conventionnels est difficile et coûteuse. Des travaux récents ont cependant
démontré la possibilité de réaliser des composants guide d'ondes à l'aide de
méthodes de fabrication additive, par exemple par impression 3D. On
connait en particulier la fabrication additive de guides d'ondes formés dans
des matériaux conducteurs.
[0006] On cannait également des guides d'ondes flexibles
réalisés par
fabrication additive.
[0007] A titre d'exemple, W018029455 divulgue un ensemble de
guide
d'ondes pour un réseau de signaux radiofréquence, RF, comprenant une
pluralité de guides d'ondes, dans lequel au moins deux de la pluralité de
guides d'ondes sont formés intégralement les uns avec les autres. Au moins
un de la pluralité de guides d'ondes peut être flexible, ce qui peut améliorer
les charges d'interface et permettre un ajustement des plans d'interface pour
faciliter le montage.
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[0008] GB1078575 divulgue un procédé conventionnel de fabrication de
guides d'ondes flexibles du type "soufflet". Un mandrin ayant la même
forme que l'intérieur d'un guide d'ondes flexible est réalisé. Une couche de
cuivre ou d'alliage de cuivre est ensuite appliquée par électroformage sur le
mandrin de sorte à obtenir l'épaisseur nécessaire sur la surface du mandrin.
Une bride est ensuite soudée à chaque extrémité de la couche appliquée.
Enfin, un film protecteur en caoutchouc par moulage est appliqué sur la
surface de la couche électroformée entre les deux brides, puis le mandrin est
retiré.
10 [0009] Le guides d'ondes décrit dans GB1078575 présente notamment
l'inconvénient d'être difficile à concevoir, ce qui a un impact non-
négligeable
sur le coût de revient de ce type de guide d'ondes.
[0010] W02019/243766 divulgue une section de guide d'ondes flexible
allongée pour des signaux radiofréquence. La section de guide d'ondes est
ondulée dans la direction longitudinale, et la section de guide d'ondes est
au moins partiellement ondulée dans une direction circonférentielle
perpendiculaire à la direction longitudinale. La fabrication d'un tel guide
d'ondes est relativement difficile à mettre en oeuvre.
[0011] Un but de la présente invention est de proposer un procédé de
fabrication d'un dispositif à guide d'ondes flexible exempt des limitations de
l'art antérieur.
[0012] En particulier, un but de la présente invention est de proposer un
dispositif à guide d'ondes flexible facile à concevoir par un procédé de
fabrication amélioré.
[0013] Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif
à guide d'ondes flexible à coûts réduits.
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[0014]
Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d'un
procédé de fabrication d'un dispositif à guide d'ondes flexible, du type
soufflet, comportant une âme traversée de part en part par un canal pour
guider un signal radiofréquence à une fréquence déterminée. Le procédé de
fabrication comporte les étapes suivantes :
- réaliser par fabrication additive un mandrin dont l'enveloppe externe
comporte une portion ondulée comprenant une pluralité de nervures
circonférentielles adjacentes,
- déposer une couche métallique sur l'enveloppe externe du mandrin
par électroformage pour former l'âme du dispositif, et
- retirer le mandrin de la couche métallique électroformée afin de définir
le canal.
[0015]
Selon une forme d'exécution, la couche métallique électroformée
possède une épaisseur homogène se situant entre 0.05 et 5 mm et de
préférence entre 0.1 et 0.5mm.
[0016]
Selon une forme d'exécution, le mandrin est fabriqué de sorte à
obtenir un mandrin de forme évidée.
[0017]
Selon une forme d'exécution, le mandrin est éliminé par
dissolution au moyen d'une solution dissolvante.
[0018]
Selon une forme d'exécution, le mandrin et la couche métallique
formée sur l'enveloppe externe du mandrin sont plongées dans un bain
dissolvant.
[0019]
Selon une forme d'exécution, deux brides de fixation sont fixées
aux extrémités respectives de l'âme, de préférence par brasage.
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[0020] Selon une forme d'exécution, deux brides de fixation sont
intégrées à la géométrie du mandrin de sorte à ce que les brides de fixation
fassent corps avec les extrémités respectives de l'âme.
[0021] Selon une forme d'exécution, des inserts ou autres éléments de
5 fixation sont assemblés sur le mandrin, puis encapsuler dans la couche
métallique lorsque celle-ci est électroformée sur l'enveloppe externe du
mandrin pour former l'âme du dispositif.
[0022] Un autre aspect de l'invention porte sur un dispositif à guide
d'ondes flexible, du type soufflet, pour guider un signal radiofréquence à
une plage de fréquence déterminée. Le dispositif comprend :
- une âme comprenant des parois latérales externe et interne, les
parois internes délimitant un canal de guide d'ondes,
- deux brides de fixations connectées aux extrémités respectives de
l'âme ou faisant corps avec lesdites extrémités respectives, et
- au moins une portion ondulée flexible.
[0023] La portion ondulée flexible est formée sur une partie des parois
latérales externes de l'âme et comporte une pluralité de nervures
circonférentielles autour de l'âme et qui sont adjacentes les unes par rapport
aux autres. Chaque nervure se trouve dans un plan orthogonal à l'axe du
canal lorsque le dispositif à guide d'ondes flexible se trouve dans une
configuration non-pliée. Chaque nervure est dépourvue d'ondulation le long
de sa circonférence.
[0024] Selon une forme d'exécution, la portion ondulée flexible est
centrée ou non par rapport aux deux brides de fixation.
25 [0025] Selon une forme d'exécution, la distance entre chaque nervure
adjacente peut varier entre 0.1 et 5.0mm et de préférence entre 0.5 et 2.0mm
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lorsque que le dispositif passe d'une configuration comprimée à une
configuration déployée.
[0026] Selon une forme d'exécution, plusieurs portions
ondulées flexibles
distinctes sont formées sur plusieurs parties respectives des parois latérales
externe de l'âme.
[0027] Selon une forme d'exécution, trois portions ondulées
flexibles sont
formées sur la partie des parois latérales externe de l'âme. Deux des trois
portions ondulées flexibles sont respectivement adjacentes aux première et
seconde brides de fixation alors que l'une des trois portions ondulées
flexibles est centrée ou non par rapport aux dites brides de fixation.
[0028] Selon une forme d'exécution, la section transversale
de l'âme le
long du canal est circulaire, elliptique, ovale, hexagonale, carrée ou
rectangulaire.
[0029] Selon une forme d'exécution, la section transversale
de l'âme est
non-constante le long du canal.
[0030] Selon une forme d'exécution, les deux brides de
fixation
comportent chacune un renfort afin d'augmenter la rigidité de celles-ci.
[0031] Selon une forme d'exécution, les parois latérales
externe de l'âme
représentent une partie électroformée. Des inserts ou autres éléments de
fixation sont encapsulés dans la partie électroformée.
Brève description des figures
[0032] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont
indiqués dans
la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :
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= la figure 1 illustre une vue en perspective d'un dispositif à guide
d'ondes flexible, du type soufflet, dans une configuration pliée, selon
une forme d'exécution de l'invention,
= la figure 2 illustre une vue d'un côté du dispositif à guide d'onde selon
la figure 1 selon une seconde position dans laquelle le dispositif est
agencé selon un axe longitudinal lorsque le soufflet est dans une
configuration déployée,
= la figure 3 illustre une vue similaire à la figure 2 lorsque le soufflet
est
dans une configuration comprimée,
= la figure 4 illustre une vue similaire à la figure 2 lorsque le soufflet est
dans une configuration pliée,
= la figure 5 illustre une vue de côté d'un mandrin utilisé pour la
fabrication du dispositif à guide d'ondes flexible selon les figures 1 à
4,
= la figure 6 illustre une coupe axial d'un mandrin avec une couche
métallique formée par électrodéposition,
= la figure 7 illustre une vue similaire à la figure 6 après que le mandrin
ait été éliminé par dissolution avec deux brides destinées à être fixées
aux deux extrémités du dispositif à guide d'ondes flexible,
= la figure 8 illustre une vue en perspective d'un guide d'onde selon une
autre forme de réalisation lorsque le soufflet est dans une
configuration non-pliée, et
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= la figure 9 illustre le guide d'onde de la figure 8 lorsqu'il est dans
une
configuration pliée.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0033] Le dispositif à guide d'ondes flexible 10, du type
soufflet, illustré
par les figures 1 à 4 comprend une âme 12 comportant des parois latérales
externes 14a et internes 14b (figure 6). Les parois internes 14b délimitent un
canal de guide d'ondes 16.
[0034] Deux brides de fixation 18a, 18b sont connectées aux
extrémités
respectives de l'âme 12. L'une ou les deux brides de fixation 18a, 18b peuvent
comporter un renfort (non illustré) de sorte à augmenter la rigidité de celles-
ci.
[0035] Une portion ondulée flexible 20, du type soufflet, est
formée sur
les parois latérales externes 14a de l'âme 12.
[0036] La portion flexible 20 du dispositif à guide d'ondes
10 est centrée
par rapport aux deux brides de fixation 18a, 18b et comporte une pluralité
de nervures 22 adjacentes. Ces nervures 22 s'étendent le long du pourtour
de l'âme 12 selon une trajectoire sensiblement rectangulaire. La trajectoire
des nervures peut cependant varier en fonction de la géométrie de l'âme 12.
[0037] Les nervures 22 peuvent par exemple suivre une
trajectoire
circulaire. La distance entre chaque nervure adjacente peut varier entre 0.1
et 5.0 mm et de préférence entre 0.5 et 2.0 mm lorsque le dispositif passe
d'une configuration comprimée à une configuration déployée.
[0038] Le dispositif à guide d'ondes 10, illustré notamment
par la figure
1, est réalisé à partir d'un mandrin 30, illustré à la figure 5, qui définit
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l'enveloppe externe du dispositif 10. Le mandrin 30 est réalisé par
fabrication
additive.
[0039]
Dans la présente demande, l'expression fabrication additive"
désigne tout procédé de fabrication du mandrin 30 par ajout de matière,
selon les données informatiques stockée sur le support informatique et
définissant la forme géométrique du mandrin.
[0040]
Outre la stéréolithographie, l'expression désigne aussi d'autres
méthodes de fabrication par durcissement ou coagulation de liquide ou de
poudre notamment, y compris sans limitation des méthodes basées sur 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 Manufaturing), SLM
(Selective Laser Melting), SLS (Selective Laser Sintering), ALM (Additive
Layer
Manuafcturing), polyjet, EBM (Electron Beam
Melting),
photopolynnérisation, etc.
[0041]
Le mandrin 30 est de préférence fabriqué de sorte à obtenir un
mandrin évidé avec une épaisseur de parois minimale déterminée de sorte
que le mandrin 30 possède une résistance mécanique suffisante pour l'étape
d'électrodéposition tout en ayant l'avantage de pouvoir être dissout
rapidement, la durée minimale pour dissoudre le mandrin étant de l'ordre
de 4 heures.
[0042]
Le mandrin 30 obtenu par fabrication additive est soumis à un
traitement de surface pour le rendre apte au dépôt d'une couche métallique
par électrodéposition (figure 6).
25 [0043]
Du cuivre ou des alliages de cuivre, tels que le cuivre-étain, le
cuivre-zinc, ou de l'argent ou de l'alliage d'argent d'une épaisseur variant
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entre 0.05mm et 5mm est déposé sur la surface du mandrin par
électrodéposition. L'uniformité de l'épaisseur sur toute la couche du métal
déposée est très importante pour obtenir un guide d'ondes flexible avec de
bonnes caractéristiques mécaniques.
5 [0044] Un fois que
la couche métallique est déposée sur l'enveloppe
externe du mandrin 30 par électroformage pour former l'âme 12 du
dispositif 10, le mandrin 30 et la couche métallique 25 formée sur l'enveloppe
externe du mandrin sont plongés dans un bain dissolvant.
[0045] Le bain
dissolvant peut être une succession de bain de type acide
10 ou basique avec des durées d'immersion allant de 1h à 48 h.
[0046] Selon une
forme d'exécution, au cours de la fabrication du
dispositif à guide d'ondes flexible 10, les deux brides de fixation 18a, 18b
sont fixées aux extrémités respectives de l'âme 12, par exemple par brasage.
Selon une alternative, les deux brides de fixation 18a, 18b sont intégrées à
la
géométrie du mandrin de sorte à ce que les brides de fixation fassent corps
avec les extrémités respectives de l'âme 12.
[0047] Des inserts
ou autres éléments de fixation (non-illustrés) peuvent
être assemblés sur le mandrin 30, puis encapsuler dans la couche métallique
lorsque celle-ci est électroformée sur l'enveloppe externe du mandrin 30
pour former l'âme 12 du dispositif 10.
[0048] Le dispositif
à guide d'ondes 10 peut comporter plusieurs portions
ondulées flexibles distinctes formées sur plusieurs parties respectives des
parois latérales externe de l'âme.
[0049] Par exemple,
le dispositif à guide d'ondes 10 peut comporter trois
portions ondulées flexibles qui sont formées sur la partie des parois
latérales
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externe 14a de l'âme 12. Deux des trois portions ondulées flexibles sont
respectivement adjacentes aux première et seconde brides de fixation 18a,
18b alors que l'une des trois portions ondulées flexibles est centrée ou non
par rapport aux deux brides de fixation 18a, 18b.
[0050] La section transversale de l'âme 12 le long du canal 16 du
dispositif
à guide d'onde peut par exemple être circulaire, elliptique, ovale,
hexagonale, carrée ou rectangulaire.
[0051] Les figures 7 et 8 illustrent un dispositif à guide
d'ondes 10 de
section rectangulaire selon une autre forme de réalisation dans une
configuration non-pliée et pliée respectivement. Selon cette forme de
réalisation, le dispositif 10 comporte une portion ondulée flexible 20
comportant plusieurs nervures circonférentielles adjacentes 22. Chaque
nervure adjacente 22 ne comporte pas d'ondulation le long de leur
circonférence. Lorsque que le dispositif à guide d'ondes 10 se trouve dans ne
configuration non-pliée, les nervures circonférentielles 22 se trouvent
chacune dans un plan orthogonal à l'axe central du canal du dispositif à
guide d'ondes 10.
[0052] Le dispositif à guide d'ondes obtenu par cette méthode
de
fabrication possède une grande résistance mécanique à la flexion et permet
ainsi de faciliter son assemblage.
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