Brevet FR2001689A1 — publié le 19690926

La présente invention se rapporte aux circuits de couplage destinés à Être utilisés aux très hautes fréquences et aux hyperfréquences ; oes circuits -seront désignés d'une manière générale "circuits pour hyperfréquences". Il est "bien connu qu'aux fréquences de l'ordre ci-dessus, dans la région 8 i 0 5 de 10 à 10 hertz, certaines propriétés caractéristiques de lignes de transmission peuvent être réalisées, en général, avec des longueurs très courtes de ligne, comparables aux longueurs d'onde considérées. En particulier le transformateur g^uart-d' onde constitué par une ligne sans perte d'un quart de longueur d'onde et présentant une impédance caractéristique Zo peut être utilisé 10 comme transformateur d'impédance entre un émetteur et des impédances de charge Zg, et Zg, respectivement, si Zg Z^ - Zq2. Ceci est tin exemple d'une ligne de transmission déséquilibrée qui engendre un équilibrage oorrect pour la souroe (émetteur) et la charge, chacun "voyant" sa propre impédance dans la ligne en vertu de la oonnexion de l'autre extrémité de la ligne à la source ou charge 15 (selon le cas) tandis que la'ligne elle-môme est équilibrée correctement aux deux extrémités pour son impédanoe caractéristique ZQ. Ce déséquilibre donne ïtftiBSonoe à des réflexions et ainsi à des ondes stationnaires qui ne sont pas,. ' • 'tputtfois, généralement importantes dans les .courtes longueurs de lignes con- . . • ' - ■. ^ iJ&aéréeB,. des transistors de puissance VHP et UHF, qui présentent une . impédaiiôe.d'entrée très faible pour l'étage de sortie d'un émetteur, pose des problèmes de couplage entre étages et- d'équilibrage aux étages préamplificateurs de l'émetteur, et la présente invention est destinée à résoudre ces problèmes par l'utilisation des teohniques des lignes de transmission, 25 Selon l'invention, il est prévu un amplificateur à transistors hyperfré- quenoe, dans lequel les couplages entre étages nécessaires sont réalisés ex-olusivement (sauf à partir d'un condensateur de blocage série) par les lignes de transmission déséquilibrées reliées directement aux bornes des transistors. La présente invention a également pour objet un procédé pour connecter 30 les étages successifs d'un amplificateur à transistors hyperfréquence qui comporte une longueur de ligne de transmission dont l'extrémité de sortie est reliée directement à la borne d'entrée de l'étage suivant, la ligne présentant une impédance caractéristique et une longueur telles que 1'iepédance d'entrée de la ligne, ainsi connectée, est appropriée pour une connexion directe(sauf 35 à partir de tout oondensateur de blooage série nécessaire) à la borne de sor-.tie de l'étage précédent. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. 40 La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un circuit de sortie ^ ' - 1 > ■* - • - - _BAD Or^C'UAL 69 05336 2 2001689 à transistors à trois étages, pour un émetteur UHF ou VHF j l'étape final é-tant constitué par des transistors do puissance, montés on p&rallèlo. La figure 2 représente la réalisation do la figure 1 bous une forme en lamelles (strip-line) à coefficient de surtension Q faible, comme un montago 5 de composants laminairos. Lee figures 3 à 5 représentent, en plan, trois lamellos séparées, formant le montage de la figuro 2, La figure 6 est une vue éclatée d'une partie de la figure 2, pour montrer un détail plus clairement, la figure 2 étant une "élévation partielle" âlesti-10 née à montrer un détail caohé non visible dans les vues transversales ciaésir- -ques. .*■ * Le circuit représenté par la figure 1 ost un simple circuit amplificateur de puissance à transistors destiné à illustror le principe du oouplage à"l'entrée et entre étages, utilisé selon l'invention, au moyen duquel la très'îûi- ' 15 ble impédance d'entrée, environ un ohm, présentée par les transistors "à lèur-^--, connexion de base, peut être de manière appropriée amenée à uni valeur. GCJnv^g^ ble pour la connexion d'ontréo (environ 5° ohms), ou la "borne de sorti® lecteur) du transistor précédent (10 à 20 ohms par exemple, selon-les oôa^- *. tions de charge demandées). ~ %g^-' ■ * ". =■_- 20 La puissance de sortie modulée à faible niveau pour les étages inf^ieûï®^ d'un émetteur UHF ou VHP est envoyée, d'une manière déséquilibrée, aux bornes * d'entrée 321 de la figure 1, et convoyée sur une longueur appropriée de ligne de transmission TL1 aux faibles impédances d'entrée du transistor Tr1. La Ion— gaeur de la ligne et son impédance caractéristique, sont telles qu'fclles en-25 gendrent l'impédance corrocte "réceptrice" aux bornes 23J pour la o6anozj.oQ.de... l'étage précédent. ; Los conditions de polarisation à courant continu appropriées pour Triais ont engendrées à partir du pôle positif +V appliqué par l'intermédioire d'une inductance de charge L1 au collecteur de Tr1, l'émetteur étant relié directement 30 à la terre par la ligne de terre, et la base étant reliée à-la terre par l'intermédiaire d'une seconde inductance L5. Le condensateur C1 est un condensateur de découplage. La sortie est prélevée sur le collecteur de Tr1 au circuit d'entrée d'un second transistor Tr2, par l'intermédiaire d'un condensateur de blocage 02 et 35 d'une seconde ligne de transmission TL2 ; cette dernière servant à transformer l'impédance d'entrée de Tr2 en une valeur appropriée pour la connexion à Tr1. Les conditions de polarisation à courant continu pour Tr2 sont délivrées d'une manière semblable à celles pour Tr1, au moyen des inductances L2 et L6 sur le collecteur et la base, respectivement, l'émetteur étant relié à la ter— î-0 re et le condensateur D3 étant le condensateur de découplage. Le couplage de ' bao original 69 05336 3 2001689 sortie, à partir du collecteur, est réalisé par l'intermédiaire d'un condensateur C4. A partir de C4, la sortie est divisée entre deux lignes de transmission TL3 et TL4 pour l'application en parallèle aux deux transistors de puissance 5 Tr3 et Tr45 et les sorties sont prélevées sur les collecteurs de ces transistors à un circuit de sortie séparé (au-delà du trait interrompu) pour une transmission ultine à une antenne. Le transistor Tr3 présente un circuit d'alimentation constitué par L3 et L8} avec un condensateur de découplage C5, tandis que Tr4 présente un circuit d'alimentation correspondant constitué par L4 et 10 L7, avec un condensateur de découplage C6, alimentés tous les deux à partir do la source +V. est Le circuit/réalisé en pratique en utilisant une technique de ligne ûe transmission par "lamelles" à coefficient de surtension Q, faible, représenté est sur les figures 2 à 6, dans lequel un contact/Ttr/bli directement avec les bor-15 nos des transistors, en réduisant à un mini,-rua l'inductance de ces connexions et en prévoyant ainsi un fonctionnement possible pour une gomme de fréquences plus grande. La figuro 2 représente partiellement un montage en sandwich de lamellos montées sur les "bornes de quatre transistors ©n forme de cosse, eux-mêmes mon-20 tés de manière convenable dans une plaque de refroidissement. Les deux lamelles • inférieures du sandwich sont représentées en plan sur les figures 3 et 4, qui montrent l'agencement des lignes de transmission ÎL1 à TL4, réalisé comme des pistes en serpentins do métallisation sur une face de chaque lamelle. Chaque lamelle ost constituée par une feuille de matériau isolant recou-25 verte 4e cuivre sur ses deux faces, dont l'une des surfacc-s est décapée pour laisser les pistes requises, la figuro 3 représente les pistes séparées pour les lignes TL2 et TL4, la figuro 4 représente les pistes séparées pour TL1 et TL3. L'autre surface de chaque lamelle est laissée intacts comme plan de terre. On peut voir que la piste pour TL1 sur la figure 4 est plus mince et plus lon-30 gue que celle pour les autres pistés, étant donné que cette piste nécessite une transformation d'impédance plus grande (de un ohm au transistor Tr1 jusqu' à environ 50 ohns pour l'entrée) et, en conséquence, des caractéristiques de transmission différentes. L'extrémité intérieure de TL1 constitue la connexion d'entrée et l'ex-35 trémité de sortie est percée à travers la lamelle pour recevoir la cosse de base du transistor Tr1. La lamelle de la figure 4 est également percée dons la . zone décapée (claire) pour acconoder les cosses d'émetteur et de collecteur de Tr1. Les perçages pour Tr2, Tr3 et Tr4 sont de la même façon réalisés à travers la lamelle, ceux pour Tr2 étent proches de l'extrémité intérieure de- TL3 40 et ceux pour Tr3 étant à l'extrémité extérieure de TL3. Le trou de cosse de ba- • bad original 69. Û5336 4 2001689 se Tr3 traverse le bout extérieur de le, piste ÎL3. Los lamelles siir la figure 3 pour TL2 et TL4 sont semblables en*principe, les pistes étant ici plus comparables en caractéristiques et les perçages pour le transistor étant effectués dans des positions identiques à celles de la fi-5 guro 4« Dans ce cas, toutefois, les trous de cosse de base de Tr2 et Tr4 traversent les bouts de TL2 et TL4, respectivement. Les surfaces arrières des lamelles sont laissées intactes sauf à partir dos trous do perçage pour les cosses du transistor, et ces trous doivent être d'une certaine dimension pour acconoder les prises facilement et sans contact 10 à partir des faces--arrière . Cette dernière peut Stre obtenue par tout moyen connu tel que par alésage, décapage ou autres. La figure 5 représente une troisième lamelle ou une plaque de circuit isolée, pour enfermer le circuit d'alimentation - les composants L et C - qui est explicité plus on détail ci-après, en association avec le montage' complet. 15 Les figures 2 et 6 illustrent le procédé de montage des lamelles et des transistors, la figure 6 étant une vue éclatée du montage dans la région de 1'. un des transistors, par exemple le transistor Tr2. Chaque transistor, qui est du type émetteur-base, à l'extrémité en forme de téton, est monté verticalement par son téton dans une plaque de refroidissement (voir la figure 2) avec ses 20 cosses pointant vors le haut, et los lamelles sont montées dans l'ordre sur les cosses, comme cela est représenté sur la figure 6. Le transistor, c'est-à-dire Tr2 est maintenu à son extrémité supérieure dans mie agrafe métallique emboutie 1, maintenue on plaoe par un circlips 2 et 1'embout do 1 est soudé au plan de terre de la première lamelle 3 dans ce cas, celui de la figure 3, afin d' 25 engendrer une connexion d'émetteur à très faible inductance. La zone plus épaisse 4 représentée autour de la cosse 5 cL® représente la connexion soudée de la base de Tr2 à l'extrémité de TL2 (voir la figure 3 eï la figure 1). Une connexion similaire est réalisée dans ce plan pour TL4 ot Tr4. Sur le sommet de celle-ci, il est placé une lamelle 6 à simple recouvre-30 ment, la face libre étant en contact avec la face claire de la lamelle inférdpure 3, en complétant ainsi électriquement) les lignes de transmission TL2 et TL4.- La lamelle 7 constituée par la lamelle de la figure 4 ot une lamelle 8 à simple faco, sont appliquées ensuite de manière analogue aux lamelles 3 et 35 6, et une connexion appropriée est réalisée avec los cosses de base de Tr1 et Tr3. Lo montage est coiffé par une plaque de compression 9 enferme l'équipement auxiliaire de la figure 5s illustré de manière typique par des pistes pour L1, L2, L3 et L4, des inductances pour L-5, L6, L7 et L8 a"! des condensa-40 teurs capables d'être montés 'directement sur une lamelle pour réaliser une de bad original 69 05336 5 1 2001689 leurs connexions terminales. Les divers plans de terre sont reliés en comun, d'une manière appropriée, et au moyen de connexions à diverses lamelles prévues o*i cola est nécessaire, comme entre les extrémités d'entrée de TL3 et TL4, et la connexion de 02 à TLZ. 5 Par ce moyen, un amplificateur hyperf'réquence peut être réalisé selon une technique "strip-line" à faible coefficient de surtension Q, présentant le minimum de composants réactifs parasites dans le trajet à haute fréquence, les transformations d'impédance nécessaires étant effectuées d'une manière simple sans l'utilisation d'appareils de transformation classiques, ée $ui rend pos-. 10 sible un fonctionnement sur uno gamme de fréquences pluB gronde dans un montage compact. Bien qu'il soit décrit en relation avec un montage particulier de transistors, le procédé peut être appliqué avec de petites modifications à tout montage de transistors VHP/UHF susceptible d'être utilisé, 15 Bien, que les principes de la présente invention aient été décrits ci-des- anz, en relation avec un exemple particulier de réalisation} on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. bad origihml ■ 69 05336 6 2001689 BEVEEDICATIOIIS 1°) Amplificateur à transistors hyperfréquonce, caractérisé en ce que les couplages nécessaires entre étages sont réalisés exclusivement (sauf à partir d'un condensateur de "blooage série) par des lignes de transmission déséquili-5 hrées, reliées directement aux "bornes des transistors. 2°) Amplificateur selon la revendication 1°), caractérisé en oe que les couplages entre étages comportent des lignes de transmission en lamelles, & faible coefficient de surtension, formées dans un matériau laminé recouvert de cuivre. 10 3°) Amplificateur selon la revendication 2°), caractérisé en ce qu'il comporte une première lamelle recouverte de cuivre, sur les deux faces, l'un© dos faces étant décapée de manière appropriée pour engendrer une piste métallique qui constitue un élément de ligne de transmission et en ce qu'il' comporte également une seconde lamelle recouverte de cuivre sur une faoe seulement, qui 15 est fixée avec la surface non recouverte à la surface décapée de la.première lamelle, les surfaces recouvertes de cuivre, extérieures, des première et seconde lamelles étant toutes deux reliées à la terre, . 4°) Amplificateur selon la revendication 3°), caractérisé «a oe que' nière lamelle eBt décapée pour engendrer une pluralité de pistes métalliques J 20 individuelles formant des éléments de couplage indépendants, * -- 5°) Amplificateur selon la revendication 3$ ou 4°)» oaraotérisé en 06 qu 6°) Procédé pour relier les étages successifs d'un amplificateur h transistors hyperfréquence, caractérisé en ce qu'il copporte une longueur de ligne 30 de transmission connectée directement à son extrémité de sortie à la "borne d'en trée d'un étage suivant, la ligne présentant une impédance caractéristique telle et \xne longueur telle que l'impédance d'entrée de la ligne ainsi connectée est appropriée pour une connexion directe (sauf à partir d'un éventuel condensateur de "blocage série nécessaire) avec la "borne de sortie de l'étage précé-35 dent. 7°) Procédé selon la revendication 6°), caractérisé en ce que la ligne de transmission est constituée par une ligne de transmission en lamelles à faiblo coefficient de surtension, la ligne étant décapée et découpée à partir du matériau laminaire recouvert de cuivre et connectée diroctenient à une extrémité, de 40 la "borne d'entrée d'un transistor.