Brevet FR2100597A1 — publié le 19720324

,1 2100597 La présente invention a pour objet des circuits hybrides à micro-ondes, et plus particulièrement un circuit hybride utilisant des lignes de transmission à bandes, *— Des circuits hybrides à micro-ondes volumineux, tels que 5 les T magiques dans un guide d'ondes, et les systèmes coaxiaux, sont connus jusqu'à présent. Etant donné leur taille et. leur structure, ces formes de circuits ne sont pas compactes et ne s'adaptent pas aisément au circuits intégrés à micro-ondes. Le circuit intégré à micro-ondes le plus largement utilisé comporte un substrat unique de matériau diélectrique possédant un 10 plan à la masse d'un côté, et un conducteur étroit en forme de bande sur le côté opposé. Une autre forme de circuit intégré à micro-ondes existe dans lequel le plan à la masse et le conducteur étroit en forme de bande sont tous les deux du même côté du substrat diélectrique. Ce nouveau type de ligne de transmission est décrit par C.P. Wen dans le "Institute of 15 Electrical and Electronics Engineers 1969 G-MTT International Microwave Symposium Digest" de Mai 1969 Dallas, Texas, U.S.A., sous le titre "A Surface Strip Transmission Line Suitable for Nonreciprocal Gyrcmagnetic Device Applications". , Les T magiques de guides d'ondes ou les systèmes coaxiaux 20 ne peuvent pas être couplés facilement à l'une eu l'autre des configurations décrites ci-dessus, et apportent un volume supplémentaire et un poids supplémentaire que les circuits intégrés sont sensés éviter. Bien.qu'il existe un. T magique du type à circuit à constantes réparties, la bande de fonctionnement est limitée. 25 Comme il a été dit ci-dessus, le circuit hybride à micro ondes comporte un substrat diélectrique, un premier conducteur étroit en forme de bande fixé sur une surface du substrat, un second conducteur étroit en forme da bande relié à un point de sa longueur au premier conducteur, et fixé à la surface, un dispositif de conduction espacé du premier et du 30 second conducteurs étroits en forme de bande, pour former avec eux, des lignes de transmission destinées à la propagation de signaux électromagnétiques introduits à une extrémité du premier conducteur étroit en forme de bande, vers lés extrémités opposées du second conducteur, et un dispositif de couplage constitué d'un troisième conducteur étroit en forme de bande, fixé 35 à la surface du substrat, une partie du troisième conducteur étant placée près de la partie du second conducteur dans la région de ce point, et parallèle à celle-ci, de manière que les signaux qui se propagent le long du troisième 70 40766 2100597 conducteurjsoient appliqués aux extrémités opposées du second conducteur, et ne soient.pratiquement pas appliqués au premier conducteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple 5 non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente un mélangeur équilibré utilisant un circuit hybride à micro-ondes conforme à un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 représente un circuit hybride à micro-ondes 10 conforme à un second mode de réalisation de l'invention; et - la figure 3 est un circuit hybride à micro-ondes conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention. Le circuit hybride à micro-ondes de la figure 1 comporte un substrat diélectrique 11, sur lequel sont placés plusieurs conducteurs 15 étroits en forme de bandes, 13, 17 et 133. Le premier conducteur étroit en forme de bande 13 sur une surface du substrat 11 est relié en son milieu au pcàit 15 au second conducteur étroit en forme de bande 17, de manière à former un T. Des conducteurs plans à la masse plus, larges 29 et 31 sont placés sur la même surface du substrat diélectrique 11, pour former avec 20 le conducteur étroit en forme de bande 17, une ligne de transmission à bandes coplanaireS. Cette forme de ligne de transmission à bandes coplanaire^ ou ligne de transmission à bandes de surface est décrite dans l'article mentionné ci-dessus "International Microwavë Symposium1.1 Un troisième conducteur étroit en forme de bande 33 est 25 fixé à la même surface du substrat 11. Les extrémités opposées 35 et 37 de ce conducteur 33 sont parallèles et séparées par une partie 39 parallèle au conducteur 13, et espacée de celui-ci. Le conducteur 33 est placé de manière que les portions 35 et 37 soient perpendiculaires au conducteur 13, les extrémités de ces portions 35 et 37 étant également 30 espacées de la jonction 15 des conducteurs 17 et 13. Si le montage hybride doit être utilisé comme mélangeur équilibré, une extrémité ou orifice 19 de là ligne de transmission 13 est reliée à un mélaigeur à; diode 23, et l'extrémité opposée 21 de la ligne de transmission 13 est reliée à un second mélangeur à diode 25. L'extrémité 35 libre 27 de la ligne de transmission 17 est reliée à une source d'énergie de signaux porteurs de radiofréquences, non représentée et un oscillateur local 40 est relié aux parties 35 et 37 du conducteur 33. 70 40766 2100597 Durant le fonctionnement du mélangeur équilibré représenté sur la figure 1, les signaux tels que les signaux de radiofréquences reçus à l'orifice 27 à une extrémité dû conducteur 17 se propagent dans la ligne de transmission coplanaire constituée par le conducteur 17 et les 5 conducteurs 29 et 31 à la jonction 15 du conducteur 13 et du conducteur 17. A ce point, le signal de radiofréquences appliqué se divise en deux et, en phase., se propage le long de la ligne de transmission formée par le conducteur 13 et le conducteur 31 vers le mélangeur 25 à l'orifice 21 et se propage le long de la ligne de transmission formée par le conducteur 13 10 et le conducteur 29 vers le mélangeur 23 à l'orifice 19. ,Si les distances de la jonction 15 aux mélangeurs 25 et 23 sont égales, les niveaux du signal arrivant à ces mélangeurs sont égaux et les signaux sont en phase.. Bien que le conducteur 33 soit très peu espacé du conducteur 13, il existe peu ou pas de couplage au conducteur 33, car la phase du signal de radiofréquence 15 appliqué est idendique aux extrémités opposées de la jonction 15 du T du conducteur 13. Si, comme il a été suggéré ci=dessus, un oscillateur local est relié aux extrémités 41 et 43 du conducteur 33, ou à l'orifice 40 du circuit hybride, les signaux provenant de l'oscillateur local à l'orifice 40 20 traversent les portions parallèles étroites en forme de bandes 35 et 37, à la manière d'une ligne de transmission à conducteurs parallèles, avec une partie 39 parallèle au conducteur 13. Le couplage du signal de l'oscillateur local est réalisé entre cette région 39 et le conducteur 13. Les portions 35 et 37 de la ligne de transmission à conducteurs parallèles 25 étant à des extrémités opposées du conducteur 13 par rapport à la jonction 15, les signaux de l'oscillateur local sont appliqués à la ligne de transmission 13, le signal à une extrémité du conducteur 13 étant déphasé de 180° par rapport au signal à l'autre extrémité, et le signal de l'oscillateur est peu ou pas couplé au conducteur 17, au centre 15 du conducteur 13. Dans le 30 montage décrit ci-dessus, un mélangeur est sensible au signal porteur d'entrée de radiofréquences, et un signal de l'oscillateur local est déphasé de 180° par rapport au signal de l'oscillateur de l'autre mélangeur. Il est bien connu qu'en combinant les signaux de sortie du mélangeur, une distorsion d'ordre harmonique paire peut être supprimée. 35 La figure 2 représente un autre mode de réalisation du circuit hybride à micro-ondes conforme à l'invention. Le conducteur étroit en forme de bande 53 est pratiquement identique au conducteur 33 de la figure 1. Dans le montage de la figure 2, les conducteurs étrcits en forme 70 40766 4 2100597 de bandes 55 et 57, ainsi que le conducteur 53, sont placés sur une surface du substrat diélectrique 51, de la même manière que les conducteurs 13 et 17 de la figure 1. La surface opposée du substrat diélectrique comporte un conducteur plan à la masse 52. Les conducteurs étroits en forme de bandes 5 55 et 57 constituent avec le conducteur plan à la masse 52 deux lignes de transmission à micro— ondes propageant de l'énergie d'un signal de microondes approximativement selon le mode TEM. Le conducteur 57 est relié au milieu du conducteur 55 au point 61 pour former une configuration en T de deux lignes de transmission. Le conducteur 53 est placé de manière que 10 dans la région de couplage, la portion» 59 soit tout près du conducteur 55 et parallèle à celui-ci de manière à se trouver dans la région de couplage électromagnétique du conducteur étroit en forme de bande 58.. Le fonctionnement du montage représenté sur la figure 2 est identique à celui de la figure 1. Les signaux se propageant le long 15 du conducteur 57 sont décomposés et arrivent aux extrémités opposées 56 et 58 du conducteur 55 en phase avec peu ou pas de couplage au conducteur 53. Les signaux appliqués aux extrémités du conducteur 53 sont couplés dans la région proche des conducteurs 55 et 59 aux extrénités opposées 56 et 58 du conducteur 55. Un signal appliqué aux extrémités du conducteur 53 se 20 décomposé et apparaît aux extrémités opposées équidistantes du conducteur 55, déphasé de 180°. Il ne se produit aucun couplage appréciable au conducteur 57. La figure 3 représente un troisième mode de réalisation d'un circiit hybride à micro-ondes à bande étroite. Le montage de la figure 3 25 comporte un substrat diélectrique 71 avec un conducteur plan à la masse 73 sur une surface de ce substrat. Deux conducteurs étroits en forme de bandes 75 et 76 sont reliés ensemble, au point de jonction 74 de manière à former un T, le conducteur 76 étant au milieu du conducteur 75. Le conducteur 75 et le conducteur plan à la masse 73 constituent une ligne de transmission 30 qui propage les signaux selon un mode TEM. De la même manière, les signaux sont propagés selon le mode TEM entre le conducteur 76 et le conducteur 73. Une section de résonateur d'une demi longueur d'onde 70, en circuit ouvert aux deux extrémités, est placée près du conducteur 75. La section de résonateur 70 est formée d'un conducteur étroit en forme de 35 bande 77 et du conducteur 73. Le conducteur 77 est placé par rapport au conducteur 75 de manière que le centre 78 du conducteur 77 soit près de la jonction 74. Un conducteur étroit en forme de bande 79 est espacé d'une 70 40766 5 2100597 courte distance d'une extrémité 81 du conducteur 77, de manière à être en couplage capacitif par rapport au conducteur 77. Un mélangeur à bande étroite est formé en plaçant des diodes mélangeuses, non représentées, aux extrémités 85 et 87 du conducteur 75. Un signal porteur de radiofréquences 5 est appliqué à l'extrémité libre 89 du conducteur 76. Un signal de l'oscillateur local est appliqué à l'extrémité 91 du conducteur 79. Durant le fonctionnement du circuit hybride en mélangeur équilibré; les signaux porteurs de radiofréquences appliqués.entre le conducteur 76 et le conducteur 73 au point 89, se propagent le long de la 10 ligne de transmission constituée par le conducteur 76 et le conducteur 73 à la jonction 74. A ce point, comme pour les montages précédents, le signal porteur se divise et apparaît aux points équidistants 87 et 85 en phase, avec peu ou pas de couplage à la bande étroite 77, car, dans les modes de réalisation précédents, la phase du signal est identique aux points 15 éqiâdistants opposés de la jonction 74. La combinaison du conducteur 79, du conducteur 73 et du conducteur 77 dans le montage décrit forme un coupleur directionnel. Si la longueur de la section de résonateur 70, composé du conducteur 77 et du conducteur 73, est égale à une demi-longueur d'onde à la fréquence 20 dé l'oscillateur local, les signaux d'oscillateur appliqués au point 91 du conducteur 79 sont couplés capacitivement au conducteur 77. Les signaux de l'oscillateur local sont couplés à partir du conducteur 77 au conducteur 75. Les signaux de l'oscillateur local arrivent aux extrémités opposées 87 et 85 du conducteur 75, déphasé de 180° par rapport l'un à l'autre. Ce 25 déphasage et le fait que peu ou pas de couplage n'existe au conducteur 76, résultentdu fait que la jonction 74 des conducteurs 75 et 76 se fait au point milieu 78 du conducteur 77 dont la longueur est égale à une demi longueur d'onde. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisations 30 décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications sans pour autant sortir de son cadre. 70 40766 6 2100597 REVENDICATIONS 1 - Circuit hybride à micro-ondes comprenant un substrat diélectrique, un premier conducteur étroit en forme de bande fixé sur une surface du substrat, un second conducteur étroit en forme de bande, relié 5 en un point de sa longueur au premier conducteur et fixé à la surface, un élément de conduction espacé des premier et second conducteurs pour former avec eux des lignes de transmission pour la propagation de signaux électromagnétiques introduits à une extrémité du premier conducteur vers les extrémités opposées du second, caractérisé en ce qu'il comporte un 10 dispositif de couplage comprenant un troisième conducteur étroit en forme de bande fixé à la surface du substrat, une portion de ce troisième conducteur étant très peu espacée et parallèle à la portion du second conducteur dans la région de ce point, de manière que les signaux se propageant le long du troisième conducteur soient couplés aux extrémités oppo- 15 sés du second conducteur et ne soient pratiquement pas couplés au premier conducteur. 2 - Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que lëlément de conducteur est un conducteur plan à la masse large, fixé à la surface du substrat opposée à celle sur laquelle sont fixés les 20 conducteurs étroits en forme de bandes. 3 - Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément conducteur comporte au moins deux conducteurs plans à la masse fixés sur la même surface du substrat que les conducteurs en forme de bandes, ces conducteurs à la masse et en forme de bande coopérant pour former des 25 lignes de transmission coplanaires. 4 - Circuit selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le point milieu de la longueur du troisième conducteur est proche du point de jonction du premier et du second conducteurs. 5 - Circuit selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que l'élément de couplage comporte une ligne de transmission à conducteurs parallèles terminée par le troisième conducteur, reliée à la ligne de transmission à conducteurs parallèles. 6 - Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le troisième conducteur a une longueur égale à environ une demi longueur 35 d'ondes à la fréquence du milieu de fonctionnement des signaux électromagnétiques. 70 40766 7 2100597 7 - Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément de couplage comporte un quatrième conducteur étroit en forme de bande, dont une extrémité est très peu espacée d'une extrémité du troisième conducteur étroit en forme de bande. 5 8 - Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est incorporé dans unmélangeur équilibré sensible à un signal de micro-ondes-donné, et à un signal de micro-ondes engendré localement, ce mélangeur comportant un premier mélangeur couplé à une extrémité du second conducteur, un second mélangeur couplé à l'extrémité opposée du second conducteur, la 10 ligne de transmission formée par le premier conducteur et l'élément de conduction servant à supporter ce signal de micro-ondes donné, qui est divisé à la jonction du premier et du second conducteurs, et appliqué aux premier et second mélangeurs aux extrémités opposées du second conducteur, l'élément de couplage servant à supporter le long du troisième conducteurs 15 le signal de micro-ondes engendré localement qui est couplé au second conducteur et aux mélangeurs.