Brevet FR2133527A1 — publié le 19721201

La présente invention a pour objet un circuit hyperfréquence à plusieurs voies utilisant des diodes du type PIN et utilisable notamment comme comstutateur à plusieurs voies, dormeur d' impulsions dans une onde entretenue, interrupteur, etc. Il peut également être utilisé comme porte à une ou plusieurs sorties, etc... L'invention utilise la propriété bien connue d'une diode du type PIN d'apparaître comme une résistance pure aux fréquences élevées, cette résistance pouvant varier de 1A à 10.000 # et plus lorsque la diode est commandée par une source de courant continu par exemple. Des commutateurs hyperfréquence mettant en oeuvre des diodes PIN sont bien connus. Unc étude théorique de ces cornmutateurs a été faite par Daniel LhENOV dans la Revue "Solid State Design", Avril 1965, pages 37 à 40 et Mai 1965, pages 33 à 37, sous le titre "PIN Diode Microwave Switches and Modulators". L'article "A High-Isolation PIN Diode Microwave SlYitch" de KULCSAR et CONNING, paru dans la Revue "Proceedings I.R.E.E. Australia" Septembre t 968, pages 332 et 333, décrit un cosuuutatéur mettant en oeuvre quatre diodes de ce type montées en , érie dans une ligne de transmission hyperfréquence réalisée sous fonde d'un circuit en bande.L'article "Eroadbanding liicrowave Diode Switches" de FISHER paru dans la Revue "IEEE Transactions on M0T.T." Novembre 1965, page 706, décrit un commutateur hyperfréquence utilisant deux paires de diodes PIN shuntant un circuit en bande du type TEM permettant de transférer de l'énergie hyperfréquencevers deux voies distinctes suivant les polarisations appliquées aux diodes. Un espacement optimal des diodes permet d'atteindre des atténuations théoriques élevées. Ces circuits ne sont cependant pas complètement satisfaisants. En particulier, il est difficile d'isoler complètement le circuit de polarisation et ce défaut dtisolement diminue le découplage entre voies e1ue l'on peut at-eindre avec de tels montages, ce qui présente un inconvénient dans les creux premiers types d'utilisation. Dans le cas d'un interrupteur, ce défaut réduit l'atténuation niaximale. La présente invention se propose donc de mettre en oeuvre un circuit hyperfrequence permettant d'obtenir une atténuation pratique égale à l'atténuation théorique correspondant au nombre de diodes utilisées et, en même temps, ayant un temps de comutation limité uniquement par les caractéristiques propres des diodes. Suivant une caractéristique de l'invention, un circuit hyper fréquence comprend une ligne de transmission connectée à une série de cellules montées en shunt sur cette ligne et convenablement espa ces, chaque cellule comprenant une diode du type PIN en série avec un condensateur haute fréquence, le point de jonction de cette diode et de ce condensateur étant relié à la sortie dtun filtre passe-bas à constantes localisées dont l'entrée est commandée par une source de commande de polarisation de la diode. Suivant une autre caractéristique de l 'invention, un commuta- teur à deux voies permettant de traslsférer de l ' énergie haute fréquence sur la première ou la deuxième de ces voies, comprend deux lignes de transmission haute fréquence constituant lesdites voies et des cellules d'atténuation à diodes du type PIN montées en shunt sur ces voies, ces cellules étant reliées à des filtres passe-bas montés en série dans chaque voie, ces deux séries de filtres étant commandées ensemble ou séparément par une ou deux sources de pola- risation. La présente invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et aux dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 représente un interrupteur hyperfréquence à une seule cellule - la Fig. 2 représente un eonmutateur hyperfréquence à deux voies symétriques selon l'invention - La Fig. 2a représente un graphique illustrant un mode de généra tion des signaux de polarisation des diodes odes - la Fig. 3 représente un exemple de réalisation du commutateur de la Fig. 2, vue de dessus, le couvercle enlevé - la Fig. 4 représente le commutateur de la Fig. 3, vue de dessous, le capot enlevé - la Fig. 5 représente une vue coupée suivant la ligne I-I de la Fig. 30 Sur toutes ces figures, les mêmes éléments ont les mêmes nume- ros de référence. Sur la Fig. 1, on a représenté un schéma de commutateur hyperfréquence permettant de laisser passer ou de bloquer de ltènergie haute fréquence transférable entre les deux points 10 et 17 dune ligne de transmission haute fréquence 1. Ce montage comprend une ligne de transmission 1, par exemple une ligne ayant une impédance caractéristique de 50 ohms, un plan de masse 10' et une source d t énergie haute fréquence branchée entre 10 et 101o On peut transférer cette énergie au point 11, ou au contraire la bloquer.Ce montage comprend en outre une diode PIN 2 connectée à la ligne 1 en 25, un condensateur haute fréquence 3, une résistance 4, des inductallces 7 et 5, des condensateurs 6a et 6b et une entrée de polarisation 8. Cette entrée 8 peut par exemple être reliée par un interrupteur 21, qui peut astre un transistor de commutation, à une résistance 22 et à une source de tension continue 23 dont le pale négatif est connecté à la masse. Les deuxièmes électrodes des condensateurs da, 6b et 3 sont également reliées à la masse. L'ensemble formé par les inductances 7, 5 et les condensateurs 6a et 6b constitue un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure est choisie de façon à bloquer complètement les siguan de fréquence élevée à transmettre.C'est donc un circuit de découplage pour la haute fréquence. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Lorsque l'interrupteur 21 est couvert, la diode 2 est bloauée et elle présente sa résistance maximum en haute fréquence. Le transfert d'énergie entre 10 et 11 s'effectue avec une atténuation très faible. En effet. le circuit constitué par le filtre passebas, la diode et la ligne 1 ne eut pas transmettre, du ftit de la polarisation de la diode et de la fréquence de coupure du filtre d'une part et surtout à cause de la résistance de la diode enbpper- fréquence.Lorsque, par contre, l'interrupteur 21 est fermé, un cour:nt circule dans la diode dans le elis de la flèche et le circuit formé par le condensateur 3 et la diode Z constitue un court circuit de la ligne de transmission en sorte que l'énergie transmise au point 11 est atténuée par suite de la résistance faible dc la diode mise eII parallèle. Dans tout les cas, le filtre passe-bas constitué par les élé- ments 7, 5, 6a et 6b est un circuit d découplage entre la ligne de transmission et le circuit de polarisation. Il empêche complètement tout transfert d'énergie haute fréquence dans le circuit de polaristtioll, en partictllier dans la phase de transfert d1 énergie haute fréquence-entre les points 10 et 11. Il est clair que la transmission peut être bilatérale et jouirait s'effectuer dans le ens dc il vers 10. Plusieurs cellules identicues sont montées sur la ligue 1. Elles peuvent astre ob enues par translation d'une longueur convenable de l'ensemble du montage parallèlement à la ligne 1. énuation obtenue augumente théoriquement avec le nombre des cellules interposées entre les points 10 et 11. Ainsi qu'il est bien connu, l'atténuation est maximum quand les diodes consécutives sont distantes de L hg étant la longueur d'onde de phase du signal à transférer. Par exemple, avec 5 cellules, il a été possible d'obtenir une atténuation dépassant 100 décibels à une fréquence de l'ordre de 3 GI1z + 20 %. Un -tel montage peut être utilisé par exemple pour transmettre des signaux codés en impulsion à une aiiten'ie d'émission à partir d'un émetteur haute fréeluenee déterminé. La fiig. 2 représente une réalisation d'un commutateur à 2 voies selon 11 invention. L'entrée hyperfréquence de ce commutateur est représentée en 10, les deux lignes de transmission hyperfréquence formant les deux voies consutables sont représentées en 1 et 1'etles deux sorties hyperfréquence en 11 et 12. Chaque voie comporte 5 cellules dtatténuation, dont 5 diodes 2a à 2e et 2a à 2e 5 condensateurs hyperfréquence 3a à 3e et 3a' à 3e', 5 filtres élémentaires montés en série et constituant dans chaque voie un filtre passe-bas de découplage pour la fréquence à transmettre.Le filtre de la voie supérieure comprendles self-inductances 5a à 5e et 7a à 7e et les condensateurs 6a à 6e. Les mes éléments se retrouvent dans la voie inférieure avec des indices "prime". Ce montage comporte encore des résistances d'égalisation de tension 4a à 4e et 4a à 4e. Les deux entrées de polarisation sont représentées en 8 et 13.Ces deux entrées peuvent par exemple etre connectées respectivement aux deux bornes d'un géné- rateur d'impulsions engendrant une tension pulsatoire pouvant varier entre deux niveaux +V1 et -V1 par rapport à la masse, comme représenté sur la Fig. 2a par la courbe C donnant la tension appli Colle dans le cas de la Fig. 1, la transmission sur chaque voie peut dtre bilatérale. A titre exemple, une antenne unique peut être branchée en 10 qui peu-t desservir un émetteur branché en Il ou un récepteur branche en t2. Quand l'émetteur émet, la voie I est passante dans le sens de 11 vers 10 et l'antenne est excitée par ltémetteur. Dans une autre phase, la voie 2 est passante dans le sens dc 10 vers 12 et l'antenne excite le récepteur. Les Figs. 3, 4 et 5 représentent une réalisation pratique du montage de la Fig. 2 utilisant la technique ',triplaque". La Fig. 3 est une vue de dessus de coiumutateur à 2 voies, couvercle enlevé. La Fig. 4 est une vue de dessous, le capot étant supprimé, et la Fig. 5 est une coupe suivant I-I de la Fig. 3 avec couvercle et capôt. La Fig. 3 montre les diodes 2 et les deux lignes de transmission 1 et 1'. Ces lnes, à 50 ohms par exemple, sont constitues par des circuits imprimés montés face à face, comportant chacune un conducteur en ruban 1 obtenu par photogravure par exemple, et un substrat isolant, 21 et 22 respectivement, placé entre deux conducteurs formant les plans de masse. Les plans de masse sont constitués par les faces internes des pièces métalliques 23 et 24. La pièce 23 constitue un cadre en métal rigide (duralumin par exemple) servant à la fixation des fiches 10, 11, 12 de raccordement. Elle est creusée à sa face inférieure (cf.Fig. 5) d'une gouttière 26 servant de logement aux composants constituant les cellules du filtre passe-bas de découplage du circuit de polarisation représenté en 5, 6, 7 sur la Fig. 2. De façon à assurer un blindage efficace entre les cellules successives du filtre, chacune d'elles est disposée dans une cuvette, en laiton doré par exemple, 27 et 27' (Figs. 5 et 4) servant de base de scelîement du condensateur 6 correspon- dant. Les condensateurs hyperfréquence 3 associés à chacune des diodes 2 sont formés pai la capacité entre le boîtier des diodes et la face interne des couvercles 24 et 23. Un capot 28,métallique,est fixé au-dessus de la gouttière 26 du cadre 23 et fixé à celui-ci par tout moyen connu en ci de fanon à assurer un contact électrique avec les rebords des cuvettes 27. Le contact entre le couvercle 24 et le cadre 23 est assuré de façon à éviter toute fuite du énergie hyperfréquence de l'une des lignes vers l'autre. Les inductances 5 et 7 ne sont: pas représentées sur la Fig. 5 de façon à permettre une lecture plus facile de celle-ci. REVENDICATIONS 1 - Dispositif conmutateur destiné à transférer de 11 énergie hyperfréquence d'une source entre une entrée.et une sortie compor- tant deux lignes de transmission hyperfréquence associées chacune à ladite entrée et à une sortie qui lui est propre, caractérisé en ce quiil comprend, dans chaque voie, une série de cellules d'atténuation réparties régulièrement le long de la ligne associée et comportant chacune une diode PIN connectée d'un cSté à cette ligne et de l'autre cSté à un concensateur hyperfréquence connecté à la masse et à un circuit de filtrage passe-bas monté en parallèle sur ledit condensateur, tous les circuits de filtrage des cellules de chaque voie étant-reliés à une borne d'uu circuit de polarisation des diodes de chaque voie commandant la commutation duditdispositif. 2 - Dispositif commutateur selon la revendication 1,caractérisé en ce que chaque circuit de filtrage comprend une résistance, deux inductances et un condensateur disposés dans une alvéole entièrement blindée située sur la face d'une pièce conductrice opposée à la face de ladite pièce voisine desdites lignes. 3 - Dispositif commutateur selon la revendication i, à structure triplaque, caractérisé en ce que chaaue condensateur hyperfréquence associé à une diode est constitué par la capacité établie entre le bottier de cette diode et la face interne d'une pièce métallique constituant un plan de masse. 4 - Dispositif commutateur selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qui il comporte n voies. 5 - Dispositif interrupteur selon les revendications 1,2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte une voie. 6 - Dispositif commutateur selon les revelldications 1, 2 et 3; caractérisé en ce qu'il est utilisé également comme modulateur.