Brevet FR2101239A1 — publié le 19720331

-1- 2101239 On peut construire un résonateur électromagnétique en plaçant un conducteur parallèlement à un plan de masse et en l'isolant de celui-ci. Si ce conducteur se présente sous la forme d'un disque, la fréquence de résonance de la structure est dé-5 terminée par le rayon du disque et par la constante diélectrique du matériau entre le disque et le plan de masse. Des variations de température peuvent provoquer des variations de la fréquence de résonance de la structure en affectant le rayon du disque ou la constante diélectrique du matériau entre le disque et le plan 10 de masse. Si le disque métallique est lié à un substrat diélectrique ayant un coefficient thermique de dilatation linéaire plus faible, alors le coefficient thermique de dilatation linéaire du disque est celui du substrat diélectrique. En conséquence, des variations de fréquence de résonance dues à des variations du 15 rayon du disque peuvent être réduites. On peut améliorer la stabilité thermique du diélectrique entre le disque et le plan de masse en plaçant, entre le substrat et le plan de masse, un autre diélectrique ayant une constante diélectrique de coefficient thermique plus faible ou de polarité opposée. En réduisant les 20 effets de la température sur le rayon du disque et sur la per-mittivité du diélectrique, on améliore la stabilité de fréquence du résonateur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint qui 25 en représente, à titre d'exemple non limitatif, plusieurs modes de réalisation. Sur ce dessin : la fig. 1 est une vue en perspective avec coupe du mode de réalisation préféré d'un résonateur électromagnétique suivant 30 l'invention; les fig. 2 à 4 sont des vues en coupe de variantes d'un résonateur électromagnétique suivant l'invention, et la fig. 5 représente un résonateur électromagnétique tel que celui de la fig. 1, dans un radar Doppler. 35 Dans l'exemple considéré sur la fig. 1, un résonateur électromagnétique 10 est constitué par une couche ou disque métallique 12 lié à une couche ou substrat diélectrique 14 -monté sur une couche ou bloc métallique 16. Le bloc métallique 16 pré 71 28395 -2- 2101239 sente un évidement 17 directement au-dessous du disque 12, évide-ment qui est destiné à contenir une couche diélectrique 18, par exemple d'air, le fond de l1évidement 17 forme un plan de masse 20. L*évidement 17 a un diamètre suffisamment supérieur à celui 5 du disque 12 pour que toutes les lignes de champ électrique provenant du disque 12 soient sensiblement perpendiculaires au plan de masse 20. Des lignes de bande 22 déposées sur le substrat 14 sont utilisées pour injecter des signaux dans le résonateur 10 et pour extraire des. signaux de celui-ci. Les entrefers 10 24 se comportent comme des condensateurs de couplage entre les lignes de bande 22 et le disque 12. Si, par exemple, on utilise de l'or pour le disque 12 et si on le dépose sous vide sur un substrat en quartz 14, alors le coefficient thermique de dilatation linéaire du disque 12 15 varie de 14 parties pour un million par degré centigrade (ppm/°0) à 0,5 ppm/°G. Ainsi, des variations de fréquence de • résonance dues à des variations du rayon du disque 12 peuvent être considérablement réduites. On peut également améliorer la stabilité thermique du 20 diélectrique entre le disque 12 et le plan de masse 20 en plaçant un autre diélectrique 18 ayant une constante diélectrique à coefficient thermique plus faible ou de polarité opposée (tel que de l'air) entre le substrat en quartz 14 et le plan de masse 20. Un coefficient thermique qui croît avec la température est 25 considéré comme ayant une polarité positive, tandis qu'un coefficient thermique qui décroît à mesure que la température s'é-. lève est considéré comme ayant une polarité négative. Si un diélectrique à coefficient thermique de constante diélectrique positif est combiné avec un diélectrique à coefficient thermique 30 négatif, on peut donner à la combinaison résultante un coefficient thermique nul en choisissant l'épaisseur nécessaire de chaque diélectrique. On peut également obtenir une réduction du coefficient thermique de constante diélectrique effectif en plaçant, entre le substrat 14 et le plan de masse 20, un diélectrique 18 35 ayant un coefficient thermique diélectrique plus faible que celui du substrat 14, mais de même polarité. Par exemple, le coefficient thermique de constante diélectrique du quartz est +28 ppm/°0 et celui de l'air est sensiblement nul. En utilisant V 71 2839S -3- 2101239 une couche d'air sensiblement égale à celle du substrat 14, comme diélectrique 18, on peut réduire le coefficient thermique effectif du diélectrique total entre le disque 12 et le plan de masse 20 à environ 6 ppm/°C. On a construit un résonateur à 10 giga-5 hertz en utilisant les matériaux ci-dessus mentionnés et les dimensions ci-après sont données à titre d'exemple : Le disque 12 a une épaisseur de 12,5 microns pour un diamètre de 10mm, le substrat 14 a une épaisseur de 0,625 mm et l'évidemenb 17 a une profondeur de 0,625 mm pour un diamètre de 15 mm. Les interstices 10 24 peuvent avoir une largeur comprise entre 0,25 et 1,5 mm selon l'impédance du circuit avec l'entrée duquel ils sont couplés. Les fig. "2, 3 et 4 représentent des variantes du résonateur "électromagnétique. Comme représenté sur la fig. 2, le diélectrique 18 peut également être placé au-dessus du disque 12 15 pour assurer les résultats désirés. Les fig. 3 et-4 représentent des configurations à trois éléments métalliques au lieu de configurations de ligne de bande, mais avec la même disposition alternée des diélectriques 14 et 18 que dans le cas des modes de réalisation à ligne de bande des fig. 1 et 2. Les lignes de trans-20 mission permettant d'injecter des signaux dans le résonateur électromagnétique ou d'extraire des signaux de celui-ci sont omises sur les fig. 2, 3 et 4 pour donner plus de clarté à la représentation. La fig. 5 montre l'utilisation d'un résonateur électro-25 magnétique 10 à haute stabilité dans un radar Doppler 30 comprenant un dispositif à résistance négative 32 tel qu'une diode de G-unn, une diode d'Impatt ou une diode tunnel, pour exciter le résonateur électromagnétique à sa fréquence de résonance. Le résonateur électromagnétique 10 est connecté à un coupleur direc-30 tionnel 34 qui est, à son tour, connecté à l'un des orifices d'un circulateur 36. Le second orifice du circulateur 36 est connecté à l'antenne 38 et son troisième orifice est relié, par l'intermédiaire du coupleur directionnel 34, au filtre passe-bande 42. Le filtre passe-bande 42 est connecté an détecteur 44, 35 lequel est à son tour relié à l'indicateur 46. L'antenne 38 rayonne un signal à hyperfréquence 48. Si le signal 48 vient frapper un objet mobile 40, il est partiellement réfléchi par celui-ci et est renvoyé à l'antenne 38 sous la forme du signal 50» 71 28395 2101239 Le signal 50 est décalé en fréquence (décalage Doppler) par rapport au signal 48 dans une mesure proportionnelle à la vitesse de l'objet mobile 40 et traverse alors le circulateur 36 pour parvenir dans le coupleur directionnel 34. Dans le coupleur direc-5 tionnel 34, une partie du signal provenant du résonateur 10, à la même fréquence que le signal 48, est combinée avec le signal 50 ayant subi le décalage Doppler et le signal résultant à deux tonalités traverse le filtre passe-bande 42 et e.st mélangé dans le détecteur 44» La sortie du détecteur 44 est la différence 10 de fréquence entre les signaux 48 et 50. Cette différence de fréquence peut être utilisée pour commander l'indicateur 46 sur lequel on peut lire la vitesse de l'objet mobile 40, ou pour servir de signal d'alarme indiquant la présence d'un objet mobile. Le résonateur électromagnétique à haute stabilité assure 15 que la fréquence d'un appareil radar Doppler déterminé ne glisse pas jusque dans la gamme de fréquence d'un autre appareil, ce.qui pourrait provoquer des lectures erronées et il assure, en outre, un haut degré de précision dans la mesure de la vitesse. \ 71 28395 2101239 - REVENDICATIONS - 1 - Résonateur électromagnétique comprenant une première couche métallique et une seconde couche métallique ainsi qu'une première couche diélectrique liée à la première couche 5 métallique, ledit résonateur étant caractérisé en ce que la première couche diélectrique a un coefficient thermique de dilatation linéaire plus petit que la première couche métallique, en ce qu'il est prévu une seconde couche diélectrique adjacente à l'une des première et seconde couches métalliques et ayant un 10 coefficient thermique de constante diélectrique plus faible que celui de la première couche diélectrique, ou de polarité opposée si la seconde couche diélectrique est adjacente à la seconde couche métallique et un coefficient thermique de constante diélectrique de polarité opposée à celui de la première couche diélec-15 trique si la seconde couche diélectrique est adjacente à la première couche métallique, et en ce que les première et seconde couches métalliques sont séparées par l'une au moins des couches diélectriques. 2 - Résonateur électromagnétique suivant la revendica-20 tion 1, caractérisé en ce que la seconde couche métallique est adjacente à la seconde couche diélectrique et en ce que la première couche diélectrique est adjacente à la seconde. 3 - Résonateur électromagnétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde couche métallique est 25 adjacente à la première couche diélectrique et en ce que la seconde couche diélectrique est adjacentçà la première couche métallique . 4 - Résonateur électromagnétique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la première couche diélectrique est 30 du quartz, la seconde couche diélectrique de l'air et la première couche métallique un disque métallique déposé sous vide sur la première couche diélectrique. 5 - Résonateur électromagnétique suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une structure de ligne 35 de bande permettant d'y injecter ou d'en extraire des signaux. 6 - Résonateur électromagnétique suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il fait partie d'un émetteur-récepteur à hyperfréquence et est connecté à un dispositif à résis 71 28395 -6- 2101239 tance négative et à un coupleur directionnel, celui-ci étant relié à un circulateur, un détecteur étant connecté audit coupleur directionnel par l'intermédiaire d'un filtre passe-bande et des moyens de sortie étant connectés au détecteur.