Brevet FR2128117A1 — publié le 19721020

" . . * ' La présente invention concerne une structure de circuits fonctionnant en hyperfréquence et plus particulièrement une structure de lignes à retard acoustiques entièrement intégrées. _ , rïyperf ré cjuenoB On appelle,d'une façon générale,circuit intégre/un circuit 5 constitué essentiellement d'un substrat associé à des impédances se présentant sous forme de films,de nature différant généralement de celle du substrat, dans lequel les propriétés "physiques du substrat sont utilisées à la propagation ou à la transformation des ondes. Il est bien connu de réaliser des lignes à retard acoustiques en hy-10 perfréquence essentiellement constituées d'un circuit hyperfréquence d'entrée alimentant un transducteur transformant l'énergie électromagnétique en énergie acoustique, ledit transducteur excitant tin volume de matériau dans lequel les ondes acoustiques se propagent à une vitesse très réduite par rapport à celle de la propagation des ondes 15 électromagnétiques. Le circuit de sortie d'un tel dispositif comporte un transducteur effectuant la transformation réciproque de celle effectuée par le premier transducteur/aîimentant un circuit hyper-fréquence de- sortie. Les circuits hyperfréquences d'entrée et de sortie sont essentiellement des éléments de lignes ou de guides d' 20 ondes assurant l'adaptation de l'impédance du transducteur à l'impédance normalisée des circuits hyperfréquences. Un tel dispositif est notamment décrit dans les demandes de brevets déposées par la demanderesse le 29 mai 1970 pour " Perfectionnements aux procédés de fabrication de couches de matériaux piézoélectriques " et le 22 25 juin 1970 pour " Procédé d'interconnexion de lignes à retard électroacoustiques avec un ou des circuits hyperfréquences Par suite de la microminiaturisation imposée aux constructeurs, les circuits hyperfréquences se présentent le plus souvent sous la forme de circuits à microbandes, c'est-à-dire, essentielle-30 ment d'un substrat diélectrique en forme de plaquette dont l'une des faces porte une métallisation continue et l'autre face porte, sous la forme de dépôts conducteurs, un tracé figurant les lignes de propagation des ondes hyperfréquences. De tels circuits sont bien connus de l'homme de l'art et sont notamment décrits dans le tome III 35 des comptes rendus du colloque sur la microélectronique ayant eu 71 07661 2 2128117 lieu du 3 au 8 mars 1969 à Toulouse et notamment les conférences 111-10, ÎII-19 et III-2Q respectivement de Messieurs B. GHIROiT, 1. DUEFAU et 14. FACHE, La présente invention a essentiellement pour objet une 5 structure de ligne à retard hyperfréquence entièrement intégrée, caractérisée en ce que le milieu solide servant à la propagation des ondes acoustiques joue simultanément le rôle de substrat diélectrique du circuit micro-ondes hyperfréquence associé. Il en résulte que les lignes hyperfréquences d'entrée et de sortie se trou-10 vent disposées sur le même substrat que le transducteur électroacoustique. Des dispositions sont prises de façon à diminuer les couplages qui pourraient s'établir entre les deux éléments de ligne. Cela peut être^éalisé, soit en utilisant la métallisation continue 15 de l'une des faces du substrat comme blindage, soit en interconnectant des obstacles mécaniques entre les deux éléments de ligne disposés sur la même face du substrat.^1utilisation de matériaux comme milieu de propagation acoustique nécessite une taille convenable du substrat de façon que la propagation de l'onde 20 acbustique soit assurée selon la direction cristalline préférentielle, ainsi qu'il est bien connu, la nature du matériau servant de substrat est essentiellement fixée par ses propriétés acoustiques. On choisit, de préférence, les matériaux présentant la plus faible perte dans la gamme de fréquences de fonctionnement, la Demanderes-25 se a trouvé que le corindon présente des caractéristiques acoustiques et électriques particulièrement favorables à la réalisation d' une ligne à retard intégrée selon l'invention. les avantages d'une telle structure par rapport aux structures complexes du type décrit dans les deux demandes de brevets ci-30 tées-, sont substantielles, à la fois du point de vue encombrement et du point de vue poids. Par exemple dans le cas d'une ligne à retard de 2yas opérant dans la gamme des GHz, le volume d'une ligne nue, réalisée'ainsi qu'il est dit dans la première demande citée ci-dessus est 20 fois plus grand que celui d'une ligne entièrement inté— 35 grée de même retard par suite de la réduction de l'épaisseur de la ligne nue intégrée,. 71.07661 3 2128117 L'invention sera bien comprise en se reportant à la description suivante et aux figures qui 1 ' accompagnent données à titre d'illustration non limitative et dans lesquelles : Les figures 1, 2 et 3 représentent trois variantes de réa-5 lisation d'une ligne à retard simple ; la figure 4 représente d'une façon schématique line ligne à retards multiples entièrement intégrée. Sur la figure 1, on a représenté en 1 le milieu de propagation acoustique servant de substrat aux circuits hyperfréquences 10 à micro-bandes d'entrée et de sortie. 0e substrat 1 se présente sous la forme d'une plaquette en corindon de préférence parallélépipédi-que et présentant, suivant l'axe 0 de monocristal dans lequel il a été taillé» deux tétons 3 et 4 dont les surfaces sont polies et supportent les transducteurs 5 et 6 constitués, par exemple, par des 15 dépôts de films de sulfure de cadmium ou d'oxyde de zinc, ainsi qu' il est bien connu de l'homme de l'art. On a représenté d'une façon schématique en 7 une fiche co-axiale d'entrée en,contact électrique avec la ligne d'entrée 8 à mi-crobande comportant deux éléments d'adaptation d'impédance 9 et 10. 20 L'extrémité de la ligne 8 électrique connectée au transducteur 6 par un contact souple 11, par exemple du type décrit dans la deuxième des deux demandes citées ci-dessus. Le transducteur de sortie 5 est, de la même façon, connecté par un contact souple 12 à la ligne de sortie . 13 à microondes alimentant la.prise coaxiale de sortie 14. La 25 ligne 13 représente également deux éléments d'adaptation d'impédance 15 et 16. La face cachée de la plaquette est entièrement métallisée de façon à constituer le circuit hyperfréquence à microbandes. Etant donné qu'il est particulièrement avantageux de réduire le plus possible les dimensions de la plaquette 1, la structure qui vient d' 30 être décrire peut, dans certains cas, introduire un couplage inacceptable entre les lignes 8 et 13» en particulier pour des lignes à faible retard. Il peut atteindre environ 40 dB pour un retard de 2jj&. La variante de la figure 2 permet de réduire ce couplage. Les éléments communs aux deux figures portent les mêmes numéros de 35 référence. Ainsi qu'il apparaît, les lignes 8 et 13 sont inclinées 71 07661 4 2128117 par rapport à l'axe G de propagation des ondes acoustiques,, axe C défini par la normale aux transducteurs 5 et 6. les éléments constituant le circuit sont identiques à ceux constituant la variante de la figure 1. Le découplage entre les lignes 8 et 13 est assuré 5 en perçant des trous coniques 20 suivant l'une des diagonales du substrat 1 parallèle aux directions des lignes 8 et 13. On obtient ainsi un découplage de l'ordre de 60 dB max. pour un retard de 2 jas. La figure 3 représente une variante de réalisation selon laquelle on dispose les lignes d'entrée et de sortie sur les faces 10 opposées du substrat 1. Ainsi qu'il apparaît sur la figure,la ligne 8 se trouve sur la face cachée du substrat et la moitié de la face visible de celui—ci se trouve recouverte par la métallisation continue 21 complétant le circuit hyperfréquence de la ligne microbande 8 disposée sur la face cachée. Une telle variante permet d'as-15 surer un découplage entre l'entrée et la sortie de l'ordre de 65 dB maximum pour un retard de 2jus. La structure de la figure 4 est relative à une ligne à retards multiples, en d'autres termes, elle concerne une structure présentant une seule entrée et plusieurs sorties, trois dans l'exem-20 pie représenté sur la figure, tels que le retard des ondes entre 1' entrée et respectivement chacune des sorties, varie. Ainsi qu'il apparaît, le substrat présente une forme plus complexe que la plaquette parallélépipédique des réalisations précédentes. Il est essentiellement constitué d'une première partie 30, sensiblement parallélé-25 pipédique, mais dont l'une des faces perpendiculaire à l'axe 0 de propagation acoustique 31 présente des marches 32, 33, 54» au nombre de trois dans l'exemple représenté. Ces marches correspondent à des longueurs différentes du trajet acoustique. Chacune de ces marches supporte le transducteur 30 associé à l'une des sorties. Le transducteur d'entrée étant représenté en 36, l'axe C de corindon est orienté suivant la normale aux surfaces 36-32. Le substrat présente une deuxième partie cylindrique 40, dont la surface extérieure porte, uniformément réparties, les lignes de sortie telles 41 et 42, réunies par des conducteurs 35 souples, respectivement 43 et 44, aux transducteurs associés. La face interne du cylindre est entièrement métallisée de façon à complé 71 07661 5 2128117 ter. la structure de circuits de sortie à microbandes. On a représenté, respectivement en 45, la fiche d'entrée alimentant la ligne d'entrée à mierobande 46, comportant les éléments d'adaptation nécessaire. La face arrière de la partie paral-5 lélépipédique 30 du substrat est entièrement métallisée. Dans une réalisation particulière de ligne intégrée fonctionnant à 2 GHz et présentant un retard de 2^u.s, l'affaiblissement est de 37 dB,le taux d'ondes stationnaires de 1,4,1e couplage direct (fuite) à 65 dB en dessous du signal transmis et le troisième écho à 20 dB en dessous 10 du premier» • 71 07661 6 2128117 REVENDICATIONS 1 - Ligne à retard électro-acoustique à propagation en volume pour hyperfréquence dans laquelle le milieu de propagation de l'onde acoustique est utilisé comme diélectrique des circuits à micro-bande d'entrée et de,sortie. 5 2 - Ligne à retard électro-acoustique à propagation en volume selon revendication 1 dans laquelle les micro-bandes d'entrée et de sortie sont sur la même face du matériau acoustique. 3 - Ligue à retard électro-acoustique selon revendication 1 dans laquelle les micro-bandes d'entrée et de sortie sont sur des 10 faces opposées du matériau acoustique. 4 - Ligne à retards multiples selon revendication 1 dans laquelle les différents transducteurs de sortie sont disposés sur les marches d'un escalier découpé dans la face de sortie du volume de propagation acoustique, les différentes lignes de sortie étant dis- 15 posées suivant les génératrices d'un volume cylindrique creux dont la surface interne est entièrement métallisée. 5 - Ligne à retard selon revendication 1 dans laquelle des moyens sont prévus pour diminuer le couplage entre les micro-bandes des circuits d'entrée et de sortie.