CELLULE D'ANTENNE A RESEAU TRANSMETTEUR

Abstract

 La présente description concerne une cellule (105) d'antenne à réseau transmetteur comprenant :
- un substrat semiconducteur (201) ;
- un premier polariseur rectiligne (207a), situé du côté d'une première face (201a) du substrat semiconducteur ;
- un deuxième polariseur rectiligne (207b), situé du côté d'une deuxième face (201b) du substrat semiconducteur opposée à la première face et orthogonal au premier polariseur ; et
- au moins un élément rayonnant (203-1, 203-2) interposé entre la deuxième face (201b) du substrat semiconducteur et le deuxième polariseur (207b), ledit au moins un élément rayonnant étant adapté à commuter entre au moins deux états de phase.

Description

Domaine technique

[0001] La présente description concerne de façon générale les dispositifs électroniques. La présente description vise en particulier les antennes radioélectriques, plus précisément les antennes à réseau transmetteur (« transmitarray antenna », en anglais).

Technique antérieure

[0002] Dans diverses applications, telles que les systèmes de communication par satellite et les dispositifs de communication sur des réseaux mobiles 5G et 6G, il serait souhaitable de disposer d'antennes radioélectriques orientables électroniquement. À titre d'exemple, une plage de balayage d'au moins 120° est souvent requise pour une antenne intégrée dans un terminal mobile de communication par satellite afin d'assurer une communication efficace entre le terminal et le satellite. Des spécifications similaires seront requises pour des antennes dans un point d'accès de type 6G aux fréquences sub-THz, c'est-à-dire des fréquences de 100 à 500 GHz.

[0003] Parmi les différentes technologies d'antennes radioélectriques susceptibles de répondre aux besoins des applications utilisant des fréquences sub-THz, des antennes à réseau phasé (« phased array », en anglais) et des métasurfaces reconfigurables à base de cristaux liquides ont notamment été proposées. Les antennes à réseau phasé ont pour avantage de permettre un contrôle précis de l'orientation du faisceau émis par l'antenne et de donner accès à une large plage angulaire. Les métasurfaces reconfigurables à base de cristaux liquides présentent une compacité supérieure à celle des antennes à réseau phasé, tout en offrant des avantages similaires. Toutefois, les antennes à réseau phasé présentent des consommations électriques et des coûts de production trop élevés pour une intégration dans des dispositifs grand public, et les métasurfaces reconfigurables souffrent de pertes trop importantes et d'une bande passante relativement faible.

[0004] Des antennes à réseau transmetteur et des antennes à réseau réflecteur ont par ailleurs été proposées. Les antennes à réseau transmetteur comprennent typiquement plusieurs cellules élémentaires comportant chacune un premier élément d'antenne irradié par un champ électromagnétique émis par une ou plusieurs sources focales, un deuxième élément d'antenne transmettant un signal modifié vers l'extérieur de l'antenne, et un élément de couplage interposé entre les premier et deuxième éléments d'antenne. Les antennes à réseau réflecteur comprennent typiquement plusieurs cellules élémentaires comportant chacune un élément d'antenne irradié par un champ électromagnétique émis par une ou plusieurs sources, un élément réflecteur, par exemple un plan de masse, réfléchissant un signal modifié vers l'extérieur de l'antenne et un élément de couplage entre l'élément d'antenne et l'élément réflecteur. Les antennes à réseau transmetteur ou à réseau réflecteur sont par exemple réalisées sur un substrat de type CMOS (de l'anglais « Complementary Metal-Oxide-Semiconductor » - métal oxyde semiconducteur complémentaire) . Par ailleurs, chaque cellule élémentaire d'une antenne reconfigurable à réseau transmetteur ou réflecteur comprend par exemple au moins un commutateur, par exemple un commutateur à base d'un matériau à changement de phase. Les antennes à réseau transmetteur ou réflecteur ont pour avantage de présenter, par rapport aux antennes à réseau phasé et aux métasurfaces reconfigurables, une meilleure efficacité et des coûts de production moindres. Toutefois, les antennes à réseau transmetteur ou réflecteur existantes souffrent de divers inconvénients, tels que des pertes en transmission élevées, des bandes d'émission et/ou de réception trop étroites, une complexité de réalisation importante, etc.

Résumé de l'invention

[0005] Il existe un besoin de pallier tout ou partie des inconvénients des antennes à réseau transmetteur existantes. Il serait en particulier souhaitable de disposer d'antennes à réseau transmetteur présentant un gain élevé, une efficacité énergétique importante et une complexité réduite.

[0006] Pour cela, un mode de réalisation prévoit une cellule d'antenne à réseau transmetteur comprenant :

• un substrat semiconducteur ;
• un premier polariseur rectiligne, situé du côté d'une première face du substrat semiconducteur ;
• un deuxième polariseur rectiligne, situé du côté d'une deuxième face du substrat semiconducteur opposée à la première face et orthogonal au premier polariseur ; et
• au moins un élément rayonnant interposé entre la deuxième face du substrat semiconducteur et le deuxième polariseur, ledit au moins un élément rayonnant étant adapté à commuter entre au moins deux états de phase.

[0007] Selon un mode de réalisation, chaque élément rayonnant comprend au moins deux parties reliées par un commutateur formé dans le substrat semiconducteur.

[0008] Selon un mode de réalisation, ledit au moins un élément rayonnant comprend exactement des première et deuxième parties présentant chacune, en vue de dessus, une forme de T.

[0009] Selon un mode de réalisation, la cellule comprend exactement des premier et deuxième éléments rayonnants formant, en vue de dessus, une croix dont une première branche comprend les première et deuxième parties du premier élément rayonnant, et dont une deuxième branche, sensiblement orthogonale à la première branche, comprend les première et deuxième parties du deuxième élément rayonnant.

[0010] Selon un mode de réalisation, la barre supérieure du T formé par chaque partie de chaque élément rayonnant présente une longueur ajustable.

[0011] Selon un mode de réalisation, chaque élément rayonnant est situé sur et en contact avec la deuxième face du substrat semiconducteur.

[0012] Selon un mode de réalisation :

• le premier polariseur comprend une pluralité de premières bandes conductrices sensiblement parallèles entre elles ; et
• le deuxième polariseur comprend une pluralité de deuxièmes bandes conductrices sensiblement parallèles entre elles et sensiblement orthogonales aux premières bandes conductrices.

[0013] Selon un mode de réalisation, la cellule comprend en outre :

• une première région isolante interposée entre la première face du substrat semiconducteur et le premier polariseur ; et
• une deuxième région isolante interposée entre la deuxième face du substrat semiconducteur et le deuxième polariseur.

[0014] Selon un mode de réalisation, les première et deuxième régions isolantes font partie de couches isolantes d'une carte de circuit imprimé, chaque élément rayonnant et les premier et deuxième polariseurs étant formés dans des niveaux de métallisation de la carte de circuit imprimé.

[0015] Selon un mode de réalisation, le ou les éléments rayonnants sont formés dans au moins un niveau de métallisation d'un empilement d'interconnexion interposé entre le substrat semiconducteur et le deuxième polariseur.

[0016] Un mode de réalisation prévoit un réseau transmetteur comprenant une pluralité de cellules telles que décrites.

[0017] Selon un mode de réalisation, le substrat semiconducteur est commun à plusieurs cellules du réseau.

[0018] Un mode de réalisation prévoit une antenne comprenant un réseau transmetteur tel que décrit et au moins une source configurée pour irradier une face du réseau.

Brève description des dessins

[0019] 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 est une vue de côté, schématique et partielle, d'un exemple d'antenne à réseau transmetteur du type auquel s'appliquent, à titre d'exemple, des modes de réalisation décrits ;

la figure 2 est une vue de côté et en coupe, schématique et partielle, d'une cellule d'antenne à réseau transmetteur selon un mode de réalisation ;

la figure 3A, la figure 3B et la figure 3C sont des vues de dessus, schématiques et partielles, de la cellule de la figure 2 ;

la figure 4 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une variante d'un élément rayonnant de la cellule de la figure 2 ; et

la figure 5 est une vue de côté et en coupe, schématique et partielle, d'un réseau transmetteur d'une antenne radioélectrique selon un mode de réalisation.

Description des modes de réalisation

[0020] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.

[0021] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, des modes de réalisation d'une cellule d'antenne à réseau transmetteur sont décrits ci-après. La structure et le fonctionnement de la ou des sources primaires de l'antenne, destinées 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. À 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. À titre d'exemple, l'axe central de chaque source primaire est sensiblement orthogonal au plan moyen du réseau.

[0022] Par ailleurs, les procédés de fabrication des réseaux transmetteurs décrits ne seront pas détaillés, la réalisation des structures décrites étant à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description, par exemple en mettant en oeuvre des techniques usuelles de fabrication de circuits imprimés.

[0023] Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais « coupled ») entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.

[0024] 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, sauf précision contraire, à l'orientation des figures.

[0025] Sauf précision contraire, les expressions « environ », « approximativement », « sensiblement », et « de l'ordre de » signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.

[0026] Dans la description qui suit, les qualificatifs « isolant » et « conducteur » signifient respectivement, sauf précision contraire, électriquement isolant et électriquement conducteur.

[0027] La figure 1 est une vue de côté, schématique et partielle, d'un exemple d'antenne à réseau transmetteur 100 du type auquel s'appliquent, à titre d'exemple, des modes de réalisation décrits.

[0028] L'antenne 100 comprend typiquement une ou plusieurs sources primaires 101 (une unique source 101, dans l'exemple représenté) irradiant un réseau transmetteur 103. La source 101 peut présenter une polarisation quelconque, par exemple linéaire ou circulaire. 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, situé du côté d'une première face du réseau 103 disposée en regard de la source primaire 101, et un deuxième élément d'antenne 105b, situé du côté d'une deuxième face du réseau opposée à la première face. La deuxième face du réseau 103 est par exemple tournée vers un milieu d'émission de l'antenne 100.

[0029] 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, par exemple en introduisant un déphasage ϕ connu. En réception, chaque cellule 105 est apte 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.

[0030] Les caractéristiques du faisceau produit par l'antenne 100, notamment sa forme (ou gabarit) et sa direction d'émission maximale (ou direction de pointage), dépendent des valeurs des déphasages respectivement introduits par les différentes cellules 105 du réseau 103. Un contrôle d'amplitude peut par ailleurs être exercé, par chaque cellule élémentaire, sur l'onde électromagnétique incidente.

[0031] Les antennes à réseau transmetteur ont pour avantages, entre autres, de présenter une bonne efficacité énergétique et d'être relativement simples, peu onéreuses et peu encombrantes. Cela provient notamment du fait que les réseaux transmetteurs sont réalisables en technologie planaire, généralement sur circuit imprimé.

[0032] La présente description vise plus particulièrement les antennes à réseau transmetteur 103 reconfigurable. Le réseau transmetteur 103 est dit reconfigurable lorsque les cellules élémentaires 105 sont commandables électroniquement, de façon individuelle, pour modifier leur valeur de déphasage ϕ. Cela permet de modifier dynamiquement les caractéristiques du faisceau généré par l'antenne, et notamment de modifier sa direction de pointage sans déplacer mécaniquement l'antenne ou une partie de l'antenne au moyen d'un élément motorisé.

[0033] La figure 2 est une vue de côté et en coupe, schématique et partielle, d'une cellule d'antenne à réseau transmetteur selon un mode de réalisation, par exemple l'une des cellules élémentaires 105 du réseau transmetteur 103 de l'antenne 100 décrite ci-dessus en relation avec la figure 1.

[0034] Dans l'exemple représenté, la cellule élémentaire 105 comprend un substrat semiconducteur 201. Le substrat 201 est par exemple une plaquette ou un morceau de plaquette en un matériau semiconducteur, par exemple le silicium. Le substrat semiconducteur 201 est par exemple de type CMOS (de l'anglais « Complementary Metal-Oxide-Semiconductor » - métal oxyde semiconducteur complémentaire). Dans ce cas, le substrat 201 comprend par exemple un ou plusieurs composants électroniques réalisés en technologie CMOS, par exemple au moins un transistor MOS (de l'anglais « Metal-Oxide-Semiconductor » - métal oxyde semiconducteur). À titre de variante, le substrat 201 peut être en un matériau semiconducteur différent du silicium, par exemple un matériau semiconducteur III-V tel que le nitrure de gallium (GaN) ou l'arséniure de gallium (GaAs).

[0035] Dans l'exemple illustré, la cellule élémentaire 105 comprend en outre des éléments rayonnants 203-1 et 203-2 situés sur le substrat semiconducteur 201. Dans cet exemple, les éléments rayonnants 203-1 et 203-2 sont plus précisément formés dans un empilement ou réseau d'interconnexion 204 situé sur et en contact avec une face 201b du substrat 201 (la face supérieure du substrat 201, dans l'orientation de la figure 2). Dans l'exemple représenté, l'empilement d'interconnexion 204 comprend un empilement de couches conductrices et de couches isolantes alternées. À titre d'exemple, les couches isolantes sont en oxyde de silicium (SiO₂), et présentent par exemple une épaisseur de l'ordre de 4 µm. Les couches conductrices de l'empilement d'interconnexion 204, symbolisées par des rectangles hachurés en figure 2, sont par exemple des couches métalliques, également appelées niveaux de métallisation. Bien que cela n'ait pas été détaillé sur les dessins, l'empilement d'interconnexion 204 comprend par exemple, outre les éléments rayonnants 203-1 et 203-2, des pistes conductrices formées dans les couches conductrices et des vias conducteurs, par exemple des vias métalliques, interconnectant des pistes conductrices situées dans des couches conductrices différentes.

[0036] Les éléments rayonnants 203-1 et 203-2 sont formés dans au moins l'une des couches conductrices de l'empilement d'interconnexion 204. Dans l'exemple illustré, les éléments rayonnants 203-1 et 203-2 sont formés dans un seul niveau de métallisation, par exemple dans le niveau de métallisation supérieur, également appelé dernier niveau de métallisation, c'est-à-dire le niveau de métallisation le plus éloigné du substrat semiconducteur 201. Cet exemple n'est toutefois pas limitatif et les éléments rayonnants 203-1 et 203-2 peuvent, à titre de variante, être formés dans un niveau de métallisation autre que le dernier niveau de métallisation et/ou dans plusieurs niveaux de métallisation de l'empilement 204. Par ailleurs, dans l'exemple représenté, le niveau de métallisation supérieur est revêtu d'une couche isolante de l'empilement 204. Cet exemple n'est toutefois pas limitatif, le niveau de métallisation supérieur pouvant, à titre de variante, affleurer la face supérieure de l'empilement 204.

[0037] Les éléments rayonnants 203-1 et 203-2 sont par exemple de type « antenne sur une puce » (« on-chip antenna », en anglais). La géométrie des éléments rayonnants 203-1 et 203-2 sera décrite plus en détail ci-après.

[0038] Dans l'exemple illustré, la cellule élémentaire 105 comprend en outre des régions isolantes 205a et 205b situées de part et d'autre du substrat semiconducteur 201. Dans cet exemple, la région isolante 205a revêt une face 201a du substrat semiconducteur 201 (la face inférieure du substrat 201, dans l'orientation de la figure 2) opposée à la face 201b. La région isolante 205a est par exemple plus précisément située sur et en contact avec la face 201a du substrat 201.

[0039] Dans l'exemple représenté, la région isolante 205b est située sur le substrat 201 et les éléments rayonnants 203-1 et 203-2. Dans cet exemple, la région isolante 205b est plus précisément située sur et en contact avec la face supérieure de l'empilement d'interconnexion 204. Dans l'exemple illustré où le dernier niveau de métallisation est revêtu d'une couche isolante, la région isolante 205b est située sur et en contact avec cette couche isolante. Dans le cas où le dernier niveau de métallisation affleure la face supérieure de l'empilement d'interconnexion 204, la région isolante 205b est située sur et en contact avec le dernier niveau de métallisation de l'empilement 204.

[0040] À titre d'exemple, le substrat 201 et l'empilement d'interconnexion 204 forment une puce de circuit intégré, par exemple plus précisément une puce de circuit intégré de type CMOS.

[0041] Les régions isolantes 205a et 205b sont par exemple chacune en un matériau présentant une permittivité diélectrique relative ε_r, également appelée « constante diélectrique », comprise entre 2 et 4. Les régions isolantes 205a et 205b sont par exemple formées dans une ou plusieurs couches isolantes d'une carte de circuit imprimé. À titre de variante, chaque région isolante 205a, 205b peut être en quartz, en silice fondue, etc. À titre d'exemple, chaque région isolante 205a, 205b présente une épaisseur comprise entre 100 et 300 µm.

[0042] Dans l'exemple illustré, la cellule élémentaire 105 comprend en outre des structures de type polariseur 207a et 207b situés de part et d'autre du substrat semiconducteur 201. Dans cet exemple, le polariseur 207a est situé du côté de la face 201a du substrat semiconducteur 201. Dans l'exemple représenté, le polariseur 207a revêt une face de la région isolante 205a opposée au substrat semiconducteur 201 (la face inférieure de la région isolante 205a, dans l'orientation de la figure 2).

[0043] Dans l'exemple représenté, le polariseur 207b est situé du côté de la face 201b du substrat semiconducteur 201. Dans cet exemple, le polariseur 207b revêt une face de la région isolante 205b opposée au substrat semiconducteur 201 (la face supérieure de la région isolante 205b, dans l'orientation de la figure 2).

[0044] À titre d'exemple, les polariseurs 207a et 207b font respectivement partie des premier et deuxième éléments d'antenne 105a et 105b de la cellule élémentaire 105. Cela correspond par exemple à un cas où le polariseur 207a est disposé en regard de la source primaire 101 et où le polariseur 207b est tourné vers le milieu extérieur, ou milieu d'émission, de l'antenne 100. À titre de variante, les polariseurs 207a et 207b peuvent respectivement faire partie des deuxième et premier éléments d'antenne 105b et 105a de la cellule élémentaire 105. Cela correspond par exemple à un cas où le polariseur 207a est tourné vers le milieu extérieur, ou milieu d'émission, de l'antenne 100 et où le polariseur 207b est disposé en regard de la source primaire 101. En tout état de cause, le polariseur situé côté source est polarisé dans la même direction que la source. En pratique, on fixe la polarisation de l'onde à transmettre ou à recevoir et on tourne les polariseurs de manière à respecter cette contrainte.

[0045] Dans le cas où les régions isolantes 205a et 205b sont formées dans une ou plusieurs couches isolantes d'une carte de circuit imprimé, les éléments rayonnants 203-1 et 203-2 et les polariseurs 205a et 205b sont par exemple formés dans des couches conductrices métalliques, aussi appelées niveaux de métallisation, de la carte de circuit imprimé.

[0046] Comme cela sera expliqué plus en détail par la suite, la cellule élémentaire 105 est par exemple une cellule reconfigurable adaptée à commuter entre au moins deux états de phase. Dans ce cas, chaque élément rayonnant 203-1, 203-2 est par exemple relié, ou connecté, à au moins un commutateur formé dans le substrat semiconducteur 201, par exemple dans une région 209 du substrat 201 symbolisée, en figure 2, par un rectangle en pointillé. Le ou les commutateurs formés dans la région 209 sont par exemple connectés aux éléments rayonnants 203-1 et 203-2 par des vias conducteurs et/ou des pistes conductrices de l'empilement d'interconnexion 204. Ces connexions n'ont pas été détaillées en figure 2 afin de ne pas surcharger le dessin.

[0047] La figure 3A, la figure 3B et la figure 3C sont des vues de dessus, schématiques et partielles, de la cellule élémentaire 105. La figure 2 correspond à une vue en coupe de la cellule élémentaire 105 selon le plan BB des figures 3A à 3C.

[0048] La figure 3A illustre plus précisément un exemple de structure du polariseur 207a disposé du côté de la face 201a du substrat semiconducteur 201.

[0049] Dans l'exemple représenté, le polariseur 207a comprend une pluralité de bandes 301 disjointes situées sous et en contact avec la région isolante 205a symbolisée, en figure 3A, par un carré en pointillé. Dans cet exemple, les bandes 301 sont sensiblement parallèles entre elles. Dans l'exemple illustré, les bandes 301 sont espacées de façon sensiblement régulière, à pas constant. Les bandes 301 sont par exemple en un matériau conducteur, par exemple un métal tel que le cuivre, ou un alliage métallique.

[0050] Lorsque l'antenne 100 fonctionne en émission, le polariseur 207a est, dans cet exemple, adapté à contrôler la transmission, vers les éléments rayonnants 203-1 et 203-2, d'ondes provenant de la source primaire 101. Le polariseur 207a permet plus précisément de transmettre, en direction des éléments rayonnants 203-1 et 203-2, des ondes incidentes présentant une polarisation sensiblement identique à celle du polariseur 207a, c'est-à-dire une polarisation rectiligne sensiblement orthogonale aux bandes 301, et de réfléchir des ondes incidentes présentant une polarisation différente de celle du polariseur 207a, c'est-à-dire une polarisation rectiligne parallèle aux bandes 301.

[0051] La figure 3B illustre plus précisément un exemple de structure des éléments rayonnants 203-1 et 203-2 interposés entre la face 201b du substrat semiconducteur 201 et le polariseur 207b.

[0052] Dans l'exemple représenté, les éléments rayonnants 203-1 et 203-2 forment une croix dont une première branche comprend deux parties 305-1 et 305-2 de l'élément rayonnant 203-1 et dont une deuxième branche, sensiblement orthogonale à la première branche, comprend deux parties 305-3 et 305-4 de l'élément rayonnant 203-2. Dans cet exemple, les parties 305-1, 305-2, 305-3 et 305-4 des éléments rayonnants 203-1 et 203-2 sont disjointes et présentent chacune une forme de T. Dans l'exemple illustré, les parties 305-1, 305-2, 305-3 et 305-4 des éléments rayonnants 203-1 et 203-2 présentent des dimensions sensiblement identiques, aux dispersions de fabrication près.

[0053] Dans l'exemple représenté, les barres supérieures, ou barres horizontales, des T formés par les parties 305-1, 305-2, 305-3 et 305-4 des éléments rayonnants 203-1 et 203-2 présentent chacune une forme courbée. Les barres supérieures des T sont, dans l'exemple illustré en figure 3B, des arcs de cercle s'étendant latéralement, en vue de dessus, le long du pourtour d'un même cercle 307. Dans l'exemple représenté, les barres supérieures des T sont régulièrement réparties sur le pourtour du cercle 307, et chaque barre verticale du T intersecte la barre supérieure correspondante sensiblement en son milieu. Dans l'exemple illustré, la croix et le cercle 307 sont concentriques. Dans cet exemple, les barres supérieures des T sont situées du côté extérieur de la croix, et les extrémités inférieures de barres verticales des T sont situées du côté du centre du cercle 307.

[0054] Les éléments rayonnants 203-1 et 203-2 sont par exemple en un matériau conducteur. À titre d'exemple, les éléments rayonnants 203-1 et 203-2 sont formés dans une couche métallique située sur et en contact avec la face 201b du substrat semiconducteur 201. Les parties 305-1, 305-2, 305-3 et 305-4 des éléments rayonnants 203-1 et 203-2 sont par exemple chacune en un métal, par exemple le cuivre, ou en un alliage métallique.

[0055] Dans l'exemple représenté, les barres verticales des T formés par les parties 305-1 et 305-2 de l'élément rayonnant 203-1 s'étendent latéralement, en vue de dessus, le long d'un premier diamètre du cercle 307 formant un angle égal à environ 45° par rapport aux bandes 301 du polariseur 207a. De façon analogue, les barres verticales des T formés par les parties 305-3 et 305-4 de l'élément rayonnant 203-2 s'étendent latéralement, en vue de dessus, le long d'un deuxième diamètre du cercle 307 sensiblement orthogonal au premier diamètre et formant un angle égal à environ 45° par rapport aux bandes 301 du polariseur 207a.

[0056] Les parties 305-1, 305-2, 305-3 et 305-4 des éléments rayonnants 203-1 et 203-2 sont par exemple reliées, par paires de parties opposées, par des commutateurs. Afin de ne pas surcharger le dessin, un seul commutateur 309 reliant les parties 305-1 et 305-2 de l'élément rayonnant 203-1 a été symbolisé en figure 3B. Dans l'exemple illustré, le commutateur 309 relie les extrémités inférieures des barres verticales des T formés par les parties 305-1 et 305-2 de l'élément rayonnant 203-1. De façon analogue, un autre commutateur, par exemple analogue ou identique au commutateur 309, relie les extrémités inférieures des autres parties 305-3 et 305-4 de l'élément rayonnant 203-2. Les commutateurs sont par exemple formés dans le substrat semiconducteur 201, par exemple dans la région 209 précédemment décrite en relation avec la figure 2. À titre d'exemple, le commutateur 309 est un transistor MOS, un varactor, une diode PIN (de l'anglais « Positive Intrinsic Négative »), etc. Bien que cela n'ait pas été détaillé en figure 3B, le commutateur 309 présente par exemple des électrodes de conduction connectées respectivement aux parties 305-1 et 305-2 de l'élément rayonnant 203-1 par des pistes conductrices formées dans les niveaux de métallisation de l'empilement d'interconnexion 204 et/ou des vias conducteurs s'étendant verticalement dans l'épaisseur de l'empilement d'interconnexion 204.

[0057] Le commutateur 309 reliant les parties 305-1 et 305-2 de l'élément rayonnant 203-1 et le commutateur reliant les parties 305-3 et 305-4 de l'élément rayonnant 203-2 sont par exemple commandés en opposition, l'un des commutateurs étant commandé à l'état fermé lorsque l'autre commutateur est commandé à l'état ouvert. Ainsi, l'élément rayonnant 203-1 est activé lorsque l'élément rayonnant 203-2 est désactivé, et vice-versa. Cela permet par exemple à la cellule élémentaire 105 de commuter entre deux états de phase, par exemple les états 0° et 180° dans le cas de la structure décrite en relation avec les figures 3A à 3C. La cellule élémentaire 105 se comporte, dans ce cas, comme un convertisseur de polarisation.

[0058] Bien que la figure 3B illustre un exemple dans lequel la cellule élémentaire 105 comprend deux éléments rayonnants 203-1 et 203-2, cet exemple n'est pas limitatif et la cellule élémentaire peut, à titre de variante, comprendre un nombre d'éléments rayonnants différent de deux, par exemple un seul élément rayonnant de forme générale circulaire comprenant plusieurs portions d'arc de cercle reliées les unes aux autres par un ou plusieurs commutateurs. De manière générale, chaque élément rayonnant de la cellule élémentaire 105 comprend par exemple au moins une paire de parties diamétralement opposées et reliées par un commutateur.

[0059] Par ailleurs, bien que la figure 3B illustre un cas dans lequel les éléments rayonnants 203-1 et 203-2 sont réalisés dans un même niveau de métallisation de l'empilement d'interconnexion 204, cet exemple n'est pas limitatif, l'un des éléments rayonnants 203-1, 203-2 pouvant, à titre de variante, être formé dans un niveau de métallisation différent de celui dans lequel est formé l'autre élément rayonnant. À titre d'exemple, les parties 305-1 et 305-2 de l'élément rayonnant 203-1 sont réalisées dans un premier niveau de métallisation de l'empilement 204, par exemple le niveau de métallisation supérieur, et les parties 305-3 et 305-4 de l'élément rayonnant 203-2 sont réalisées dans un deuxième niveau de métallisation séparé du premier niveau de métallisation par l'une des couches isolantes de l'empilement 204, par exemple un niveau de métallisation inférieur interposé entre le substrat 201 et le dernier niveau de métallisation.

[0060] La figure 3C illustre en particulier un exemple de structure du polariseur 207b disposé du côté de la face 201b du substrat semiconducteur 201.

[0061] Dans l'exemple représenté, le polariseur 207b comprend une pluralité de bandes 311 situées sur et en contact avec la région isolante 205b. Dans cet exemple, les bandes 311 sont sensiblement parallèles entre elles. Les bandes 311 sont par exemple sensiblement orthogonales aux bandes 301 du polariseur 207a. Dans l'exemple illustré, les bandes 311 sont espacées de façon sensiblement régulière, à pas constant. Les bandes 311 sont par exemple en un matériau conducteur, par exemple un métal tel que le cuivre, ou un alliage métallique. À des fins de simplification de la fabrication de la cellule élémentaire 105, les bandes 311 du polariseur 207b sont par exemple en le même matériau que les bandes 301 du polariseur 207a.

[0062] Lorsque l'antenne 100 fonctionne en émission, le polariseur 207b est par exemple adapté à contrôler la transmission, vers le milieu extérieur, d'ondes provenant des éléments rayonnants 203-1 et 203-2. Le polariseur 207b permet plus précisément de transmettre, en direction du milieu extérieur, des ondes incidentes présentant une polarisation sensiblement identique à celle du polariseur 207b, c'est-à-dire une polarisation rectiligne sensiblement orthogonale aux bandes 311, et de réfléchir des ondes incidentes présentant une polarisation différente de celle du polariseur 207b, c'est-à-dire une polarisation rectiligne parallèle aux bandes 311.

[0063] La figure 4 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une variante de l'élément rayonnant 203-1 de la cellule élémentaire 105 de la figure 2. La figure 4 illustre plus précisément un élément rayonnant 403 susceptible d'être intégré dans la cellule élémentaire 105, par exemple en substitution de l'élément rayonnant 203-1 décrit ci-dessus en relation avec la figure 3B. Dans ce cas, la cellule élémentaire 105 comprend par exemple un autre élément rayonnant analogue à l'élément rayonnant 403, mais réalisé par exemple dans un autre niveau de métallisation de l'empilement d'interconnexion 204 et tourné d'environ 90° par rapport à l'élément rayonnant 403.

[0064] Dans l'exemple représenté, l'élément rayonnant 403 comprend deux parties 405-1 et 405-2, par exemple analogues aux parties 305-1 et 305-2 de l'élément rayonnant 203-1. Dans cet exemple, chaque partie 405-1, 405-2 de l'élément rayonnant 403 comprend plus précisément une barre verticale s'étendant latéralement au-dessus de la face 201b du substrat semiconducteur 201 le long d'un diamètre d'un cercle 407. En figure 4, les parties 405-1 et 405-2 de l'élément rayonnant 403 sont reliées par un commutateur 409, par exemple analogue ou identique au commutateur 309 reliant les parties 305-1 et 305-2 de l'élément rayonnant 203-1. Dans l'exemple illustré, chaque partie 405-1, 405-2 de l'élément rayonnant 403 comprend en outre une barre horizontale, ou barre supérieure, en forme d'arc de cercle et courbée le long du pourtour du cercle 407.

[0065] Dans l'orientation de la figure 4, les extrémités gauche et droite de la barre supérieure du T formé par la partie 405-1 de l'élément rayonnant 403 sont reliées respectivement, par des commutateurs 411-1 et 411-2, à des régions 413-1 et 413-2. Dans l'exemple représenté, les régions 413-1 et 413-2 présentent chacune une forme d'arc de cercle s'étendant latéralement le long du pourtour du cercle 407, dans le prolongement de la barre supérieure du T formé par la partie 405-1 de l'élément rayonnant 403. De façon analogue, les extrémités gauche et droite de la barre supérieure du T formé par la partie 405-2 de l'élément rayonnant 403 sont reliées respectivement, par des commutateurs 411-3 et 411-4, à des régions 413-3 et 413-4. Dans l'exemple représenté, les régions 413-3 et 413-4 présentent chacune une forme d'arc de cercle s'étendant latéralement le long du pourtour du cercle 407, dans le prolongement de la barre supérieure du T formé par la partie 405-2 de l'élément rayonnant 403.

[0066] Dans l'exemple représenté, les barres supérieures des T formés par les parties 405-1 et 405-2 de l'élément rayonnant 403 présentent une longueur ajustable. Dans cet exemple, la commande des commutateurs 411-1, 411-2, 411-3 et 411-4 permet de faire varier la longueur des barres supérieures des T formés par les parties 405-1 et 405-2 de l'élément rayonnant 403. Dans l'exemple illustré, la longueur de la barre supérieure du T de la partie 405-1 de l'élément rayonnant 403 est augmentée par la fermeture des commutateurs 411-1 et 411-2, et diminuée par l'ouverture des commutateurs 411-1 et 411-2. Les commutateurs 411-2 et 411-2 sont, de préférence, commandés de façon sensiblement simultanée en ouverture ou en fermeture. De façon analogue, la longueur de la barre supérieure du T de la partie 405-2 de l'élément rayonnant 403 est augmentée par la fermeture des commutateurs 411-3 et 411-4, et diminuée par l'ouverture des commutateurs 411-3 et 411-4. Les commutateurs 411-3 et 411-4 sont, de préférence, commandés de façon sensiblement simultanée en ouverture ou en fermeture.

[0067] Un avantage de l'élément rayonnant 403 tient au fait qu'il permet avantageusement d'obtenir davantage d'états de phase, donc un contrôle plus précis de l'orientation du faisceau émis par l'antenne 100, par rapport au cas où la cellule élémentaire 105 comprend l'élément rayonnant 203.

[0068] De manière générale, le fait de prévoir un nombre N entier supérieur ou égal à deux de commutateurs dans la cellule élémentaire 105 donne accès à un nombre N-1 de bits de quantification de phase.

[0069] Bien que la figure 4 illustre un exemple dans lequel chaque partie 405-1, 405-2 de l'élément rayonnant 403 comprend deux régions reliées respectivement, par deux commutateurs, à la barre supérieure du T formé par ladite partie, cet exemple n'est pas limitatif. À titre de variante, chaque partie 405-1, 405-2 peut comprendre un nombre pair et supérieur à deux de régions en forme d'arc de cercle reliées entre elles et à la barre supérieure du T formé par ladite partie par un nombre pair et supérieur à deux de commutateurs. Cela permet d'accéder à encore davantage d'états de phase.

[0070] La figure 5 est une vue de côté et en coupe, schématique et partielle, d'un réseau transmetteur d'une antenne radioélectrique, par exemple le réseau transmetteur 103 de l'antenne 100 précédemment décrite en relation avec la figure 1, selon un mode de réalisation.

[0071] Dans l'exemple représenté, le substrat semiconducteur 201 et l'empilement d'interconnexion 204 sont communs à plusieurs cellules élémentaires 105 du réseau transmetteur 103 (deux cellules élémentaires 105, dans l'exemple représenté). Dans un cas où les régions isolantes 205a et 205b et les polariseurs 207a et 207b sont formés respectivement dans des couches isolantes et dans des niveaux de métallisation d'une carte de circuit imprimé, le substrat semiconducteur 201 et l'empilement d'interconnexion 204 sont par exemple situés dans une cavité formée dans l'épaisseur de la carte de circuit imprimé.

[0072] Dans l'exemple illustré, le réseau transmetteur 103 comprend des éléments de reprise de contact 501a et 501b permettant de fournir des tensions d'alimentation et de commande des commutateurs associés aux éléments rayonnants 203-1 et 203-2. Dans l'exemple représenté, les éléments de reprise de contact 501a comprennent des pistes conductrices situées sur et en contact avec la face 201a du substrat semiconducteur 201, des vias conducteurs traversant l'épaisseur de la région isolante 205a et des vias conducteurs s'étendant dans l'épaisseur du substrat 201 depuis sa face 201a jusqu'aux régions 209 dans lesquelles sont formés les commutateurs. De façon analogue, les éléments de reprise de contact 501b comprennent des pistes conductrices s'étendant sur et en contact avec la face supérieure de l'empilement d'interconnexion 204 jusqu'aux éléments rayonnants 203-1 et 203-2, et des vias conducteurs traversant l'épaisseur de la région isolante 205b. À titre de variante, les commutateurs des régions 209 peuvent être connectés aux éléments de reprise de contact 501b par des pistes conductrices et des vias conducteurs situés dans l'empilement d'interconnexion 204.

[0073] À titre d'exemple, le substrat semiconducteur 201 fait partie d'une puce de circuit intégrée mécaniquement liée à la carte de circuit imprimé comprenant les régions isolantes 205a et 205b et les polariseurs 207a et 207b par des techniques mises en oeuvre dans le montage de composants électroniques en surface, par exemple par brasure ou par l'intermédiaire de billes de soudure, par exemple du côté de la région 205a.

[0074] Bien que la figure 5 illustre un exemple dans lequel deux cellules élémentaires sont formées dans et sur un même substrat, cet exemple n'est pas limitatif. De manière plus générale, tout ou partie des cellules élémentaires 105 du réseau transmetteur 103 peuvent être formées dans et sur un même substrat. Par ailleurs, bien que cela n'ait pas été représenté en figure 5, des circuits de commande et d'alimentation peuvent être prévus dans la carte de circuit imprimé. Ces circuits peuvent par exemple comporter des registres à décalage, des bascules, des circuits tampon, etc. adaptés à commander les commutateurs des cellules élémentaires 105 à l'état ouvert ou à l'état fermé en fonction de l'orientation souhaitée du faisceau émis ou reçu par l'antenne 100.

[0075] À titre d'exemple, le réseau transmetteur 103 peut en outre comprendre des circuits de commande et de polarisation (non illustrés en figure 5) des commutateurs des cellules élémentaires 105. De manière générale, le réseau transmetteur 103 peut comprendre un nombre quelconque de circuits de commande et de polarisation associés à un nombre quelconque d'ensembles de cellules élémentaires comprenant chacun plusieurs cellules élémentaires formées sur un même substrat semiconducteur.

[0076] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, la personne du métier est capable d'adapter le nombre de régions 413-1, 413-2, 413-3 et 413-4 ainsi que le nombre de commutateurs 411-1, 411-2, 411-3 et 411-4 de l'élément rayonnant 403 en fonction de l'application visée. La personne du métier est en outre capable de choisir la longueur de chaque région 413-1, 413-2, 413-3 et 413-4 en fonction des états de phase souhaités.

[0077] Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, la personne du métier est capable de prévoir d'intégrer dans le substrat semiconducteur 201 des composants électroniques tels que des amplificateurs de puissance, des circuits de commande, une mémoire ou une unité de traitement permettant de commander les états ouvert ou fermé des différents commutateurs des éléments rayonnants, etc.

Revendications

1. Cellule (105) d'antenne à réseau transmetteur comprenant :

- un substrat semiconducteur (201) ;

- un premier polariseur (207a) rectiligne, situé du côté d'une première face (201a) du substrat semiconducteur ;

- un deuxième polariseur (207b) rectiligne, situé du côté d'une deuxième face (201b) du substrat semiconducteur opposée à la première face et orthogonal au premier polariseur (207a) ; et

- au moins un élément rayonnant (203-1, 203-2 ; 403) interposé entre la deuxième face (201b) du substrat semiconducteur et le deuxième polariseur (207b), ledit au moins un élément rayonnant étant adapté à commuter entre au moins deux états de phase.

2. Cellule (105) selon la revendication 1, dans laquelle chaque élément rayonnant (203-1, 203-2 ; 403) comprend au moins deux parties (305-1, 305-2, 305-3, 305-4 ; 405-1, 405-2) reliées par un commutateur (309 ; 409) formé dans le substrat semiconducteur (201).

3. Cellule (105) selon la revendication 2, dans laquelle ledit au moins un élément rayonnant (203-1, 203-2 ; 403) comprend exactement des première (305-1, 305-3 ; 405-1) et deuxième (305-2, 305-4 ; 405-2) parties présentant chacune, en vue de dessus, une forme de T.

4. Cellule (105) selon la revendication 3, comprenant exactement des premier (203-1 ; 403) et deuxième (203-2) éléments rayonnants formant, en vue de dessus, une croix dont une première branche comprend les première (305-1 ; 405-1) et deuxième (305-2 ; 405-2) parties du premier élément rayonnant, et dont une deuxième branche, sensiblement orthogonale à la première branche, comprend les première (305-3) et deuxième (305-4) parties du deuxième élément rayonnant.

5. Cellule (105) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle la barre supérieure du T formé par chaque partie (305-1, 305-2, 305-3, 305-4 ; 405-1, 405-2) de chaque élément rayonnant (203-1, 203-2 ; 403) présente une longueur ajustable.

6. Cellule (105) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle chaque élément rayonnant (203-1, 203-2 ; 403) est situé sur et en contact avec la deuxième face (201b) du substrat semiconducteur (201).

7. Cellule (105) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle :

- le premier polariseur (207a) comprend une pluralité de premières bandes conductrices (301) sensiblement parallèles entre elles ; et

- le deuxième polariseur (207b) comprend une pluralité de deuxièmes bandes conductrices (311) sensiblement parallèles entre elles et sensiblement orthogonales aux premières bandes conductrices.

8. Cellule (105) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre :

- une première région isolante (205a) interposée entre la première face (201a) du substrat semiconducteur (201) et le premier polariseur (207a) ; et

- une deuxième région isolante (205b) interposée entre la deuxième face (201b) du substrat semiconducteur et le deuxième polariseur (207b).

9. Cellule (105) selon la revendication 8, dans laquelle les première (205a) et deuxième (205b) régions isolantes font partie de couches isolantes d'une carte de circuit imprimé, chaque élément rayonnant (203-1, 203-2 ; 403) et les premier (207a) et deuxième (207b) polariseurs étant formés dans des niveaux de métallisation de la carte de circuit imprimé.

10. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle le ou les éléments rayonnants (203-1, 203-2 ; 403) sont formés dans au moins un niveau de métallisation d'un empilement d'interconnexion (204) interposé entre le substrat semiconducteur (201) et le deuxième polariseur (207b).

11. Réseau transmetteur (103) comprenant une pluralité de cellules (105) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.

12. Réseau (103) selon la revendication 11, dans lequel le substrat semiconducteur (201) est commun à plusieurs cellules (105) du réseau.

13. Antenne (100) comprenant un réseau transmetteur (103) selon la revendication 11 ou 12 et au moins une source (101) configurée pour irradier une face du réseau.

Dessins