Brevet FR2096858A1 — publié le 19720303

t La présente invention concerne des perfectionnements aux charges résistives utilisées dans des microcircuits hyperfréquen-ce. L'invention s1applique,plus particulièrement, à la réalisation d'une charge destinée à l'adaptation d'une ligne de trans-5 mission micro-ondes du type ligne à ruban et à diélectrique dénommée communément ligne "microstrip" eu encore, selon l'appellation anglo-saxonne "stripline". Oes lignes de transmission hyperfréquences comportent une plaque de diélectrique(ou dans certains cas un matériau ferrima-10 gnétique) placé entre un ruban et un plan métallique appelé parfois "plan de terre" lequel se trouve connecté au potentiel masse de référence. Le support diélectrique assure la tenue mécanique des conducteurs métalliques qui sont généralement déposés selon des teohïiiquse connues de réalisation par photogravure ou 15 sérigraphie. L'impédance caractéristique a en général une valeur égale à 50 ohms et la presque totalité de l'énergie est propagée dans le diélectrique et se trouve concentrée entre les deux armatures. Le support diélectrique peut être en matériau tel, un polytetrafluo-20 réthylène, ou un stratifié de fibres de verre ou encore une céramique . Les microcircuits hyperfréquence et notamment, des circuits lybrides tels que des coupleurs directifs et des circulateurs utilisés en isolateurs, nécessitent fréquemment un organe d'adap-25 tation terminal dit "charge adaptée". La charge doit constituer, dans la bande de fréquence utile, une résistance pure de valeur correspondant à l'impédance caractéristique de la ligne. Selon des techniques connues, la charge est généralement réalisée par un dépôt à plat sur la face large du substrat por-30 tant le ruban et elle se trouve connectée électriquement, entre l'extrémité du ruban et le potentiel masse. Selon les diverses solutions utilisées, ce dernier raccordement introduit une limitation plus ou moins importante de la bande utile de fonctionnement. De plus, la charge se trouve positionnée parallèlement à 35 la direction de propagation et perpendiculairement à la direction 70 25170 2 2096858 du champ électrique, et elle présente une certaine longueur selon la direction de propagation qui peut ne pas être négligeable devant la longueur d'onde de propagation ; il en résulte une variation de la qualité de la charge lorsque la bande de fré-5 quence explorée est étendue. la présente invention a pour but la réalisation d'une charge adaptée remédiant aux inconvénients cités et permettant son utilisation dans une très large bande , pouvant atteindre notamment, 1 à 20 GHz. 10 Suivant une caractéristique de la présente invention, la charge résistive qui se présente sous forme d'un dépôt plan de très faible épaisseur, est positionnée parallèlement au champ électrique et perpendiculairement à la direction de propagation des microondes de sorte que la connexion de retour de masse est 15 pratiquement inexistante. D'autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description qui suit donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées qui représentent : - les figures 1 et 2 , des réalisations de type connu figurées 20 à titre de rappel , - la figure 3» un exemple de réalisation d'une charge adaptée conformément à l'invention. - la figure 4, une vue en coupe du montage de la figure 3» - les figures 5 et 6, un autre exemple de réalisation d'une char-25 ge adaptée selon l'invention, constituant une variante du type charge rapportéer - la figure 7, une vue en coupe du montage de la figure 6, - la figure 8, une variante de réalisation du montage de la figure 6 comportant des éléments de compensation capacitifs, 30 - la figure 9» le schéma électrique équivalent au montage de la figure 8. Les figures î et 2 se rapportent à deux formes courantes de réalisation d'une charge adaptée en structure "microstrip" selon l'art antérieur. Les éléments constitutifs de la structure "micro- 70 25170 3 2096858 strip" comprenant un substrat en diélectrique 1, un ruban conducteur 2 et un plan de masse 3 ainsi que la charge résistive 4 sont représentés avec les mêmes repères sur les différentes figures annexées de manière à faciliter la compréhension, La charge ré-5 sistive 4 est obtenue de préférence par dépôt sur le substrat 1 selon des techniques de circuits imprimés. Le matériau et lés dimensions de cette charge sont déterminés de manière à obtenir la valeur résistive désirée en extrémité de ligne, en général la valeur de l'impédance caractéristique qui correspond couramment à 10 50 Ohms, La charge présente le plus souvent une forme rectangulaire, ou carrée, de largeur correspondant au ruban et ayant une certaine longueur suivant la direction de propagation. Le raccordement au potentiel masse peut s'effectuer soit par un élément de conducteur 5 (figure 1) soit par un tronçon de ruban 6 (figure 15 2) formant une ligne quart d'onde ouverte. Le dépôt de conducteur 5 en extrémité et sur la tranche du substrat produit une composante inductive insérée en série avec la charge dans la ligne de transmission. La longueur de ce court-circuit introduit par suite une désadaptation d'autant plus im-20 portante que la fréquence de fonctionnement est plus élevée. Le montage^ figure 2 est accordé sur -une fréquence déterminée et présente par suite une sélectivité élevée n'autorisant le fonctionnement que dans une bande restreinte. Un fonctionnement à large bande est obtenu avec une charge 25 résistive plane positionnée conformément à l'invention perpendiculairement à la direction P de propagation des microondes. La vue perspective figure 3 et la vue en coupe figure 4 représentent une réalisation correspondante. La charge 4 est déposée à plat sur une tranche plane du substrat 2 et se trouve en 30 contact électrique par deux arêtes opposées, d'une part, avec l'ex trémité du ruban 2, d'autre part, avec le plan de masse 3. La charge 4 se trouve par le fait située dans un plan parallèle au champ électrique E et sa longueur suivant la direction P de propagation est réduite à l'épaisseur du dépôt et par suite à une 70 25170 4 2096858 valeur très faible, comparable à celles des métallisations, en général quelques microns. La connexion de retour au potentiel masse peut être inexistante pour ce type de montage. La charge 4 peut avoir la forme rectangulaire représentée de largeur égale 5 à celle du. ruban et de longueur correspondant à l'épaisseur de la structure "microstrip". Il peut se faire que le positionnement d'une charge sur le bord latéral du substrat ne puisse être envisagé pour lt circuit concerné. Par ailleurs, son exécution directe suivant cette forme 10 doit être faite à la demande c'est à dire pièce par pièce, et peut présenter des difficultés ainsi qu'un prix de revient non négligeable. Pour remédier à ces inconvénients ou. à certains d'entre eux, la charge est de préférence réalisée préalablement sur un élément séparé à' na e structure microstrip , ayant de faibles 15 dimensions géométrique et qui se trouve ensuite rapporté au Montage à l'emplacement désiré. Une forme de réalisation est représentée sur la figure 5 ? l'élément rapporté supportant la charge est un bloc ayant la forme d'un pareûLélépipède rectangle , de préférence cubique, composé d'un diélectrique 10, de deux faces oppo— 20 sées métallisées 20 et JO et de la charge 4 en contact avec les— dites faces métallisées par deux arêtes opposées, La distance entre les faces métallisées correspond de préférence à l'épaisseur de la structure microstrip à laquelle le bloc doit être rapporté. A cet effet, la structure microstrip, représentée sur la figure 6, 25 comporte un évidement tel un trou 7 percé perpendiculairement dans le substrat , «èl se trouve positionné le bloc cubique précité. La figure 7 montre de manière détaillée les raccordements à la ligue microondes effectués par soudure à partir des faces métallisées. Un tronçon de ruban 8 est soudé entre le ruban 2 et 30 la face métallisée 20 j à la partie inférieure, la seconde face métallisée 30 est soudée à une face plane d'un bloc conducteur 9 soudée par ailleurs au plan de nasse 3 de la structure microstrip ou formant ledit plan de masse. Une charge adaptée conforme à la présente invention autorise 70 25170 5 2096858 un fonctionnement dans une bande de fréquence très étendue par exemple de 1 à 20 GHz avec un ï.O.S. inférieur à 1,3. Dans le cas d'une charge rapportée, le ruban 8 de raccordement introduit une légère réactance inductive Lg pouvant nécessiter une compensation lorsque le fonctionnement a lieu à des fréquences très élevées. Une solution représentée à la figure 8 consiste à réaliser un élargissement localisé en extrémité des conducteurs 2 et 20 indiqué en 21 et 22, Le schéma électrique équivalent représenté à la figure 9 montre les capacités correspondantes,en dérivation sur la ligne et en extrémités de la réactance inductive Lg du rubanj 1*ensemble Lg » 0,,. *^22 ' constitue un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure peux être aisément située à une valeur très élevée en fréquence, par exemple , 20 GHz. 1*élaboration d*une charge rapportée selon la figure 5 peut être farte en grande série et dans des conditions de coût réduit sous forme préférentielle de cubes, le dépôt résistif ayant une valeur de 50 -A- /carré. Le dépôt peut être en un matériau tel une céramique cl1 alumine par exemple. La charge adaptée décrite peut être utilisée avantageusement pour des .microcircuits hyperfréquence comportant notamment des cxrculateurs ou des jonctions hybrides. Associée à un circula-teur-, elle permet de constituer un dispositif non réciproque à charge incorporée. La description qui précède a été donnée à titre d'exemple son limitatif et il est entendu que toute variante de réalisation conforme aux caractéristiques exposées est incluse dans 15 invention. ! V , w _ « 0 2096658 KF/IS'XICAIICSB ': • Charge résistive ;, deetxr.se pl-:s particulièrement à cont--iitccr une charge adaptée pour- une ligne de transmission hyper-fréquence réelieée sur uns structure du type «microstrip15 , ladite structure étant constituée d£un substrat (1) en diélectri--5 que supportant deux conducteurs parallèles groupant un ruban ( et un ylan de masse (3; 3 ladite charge (4) ayant une forme pie..*, de très faible épaisseur^ avantageusement, obtenue par dépôt à plat sur le substrat selon les techniques des circuits imprimer, et. étant racccrdée électr rçuemenT- par déco: arêtes opposées rss-' C pec"iveraen~ à. uns extrémité du ruban et au potentiel masse de ::î:r6tfeE.Ge; caractérisée en ce eue aon plsn est perpendiculaire -la direct ic .s. {P": de propagation des mxcroondes • 2e Charge résistive selon la revendication 1, caractérisiez, es çus le-sditss arêtes sent raccordées directement susdits 5 conducteurs o ladite charge étant jcsitic-nnée sur une une face 1 -térs.le duciit substrat 0 3? OL&rre rsaietiTe aelcn la revendication 2, caractérisé en c a que sa f Dm® est celle à3 un quadrilatère rectangles, la rensicn dss prêtes de raccordement correspondant à la largeur 2C -jt>sn et celle dss arêtes transversales étant égale à la haute ... de la -structure microstrip» A, wh"t?.g? résistifs delcn la rsTsndication 1, caractérisé *n os qusslls ~-s- trouva sxtuse sur une face d'un élément de ài„~ r ayant là, u u parallélépipède rectangle h" "• : r-t :rt en :-.£~a:t- ;:ar deux arêtes opposées avec 5..'11~ "r- * 11-=": s_r deux autres faces pa.; • . .• 1 ir--r:r"-rruve .apporté à la structure . :• -\ " -r ; : . - .. - . - '.ment (7) du substrat . • • i:t* - • .*::i- ij;i?nt li >53S faces métallisées auT» . : v - .• ; .r.:rr_ . -v .h" avidement étant localise en COPY BAD ORIGINAL 70 25170 7 2096858 5. Charge résistive selon la revendication 4, caractérisée en ce que le raccordement entre une face métallisée (20) dudit élément et le ruban (2) de propagation microonde s'effectue par soudure d'un tronçon de ruban conducteur (8) , le raccordement 5 de la seconde face métallisée (30) s'effectuant par une soudure à une face plane d'un conducteur (9) constituant le (ou connecté par soudure au) plan de masse (3) de la structure microstrip. 6, Charge résistive selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que les extrémités conductrices raccordées au tron- 10 çon de ruban sont élargies (21-22) pour produire des réactances capacitives (C^ - ) compensant la réactance selfique (Lg) dudit tronçon (3) dans la bande d'exploitation envisagée. COPY