Brevet FR2395641A1 — publié le 19790119

L'invention concerne un oscillateur hyperfréquence con- portant un transistor oscillateur, au moins une diode à capacite variable destinée à régler et/ou moduler la frequence de l'oscillateur et une cavité de forte surtension munie d'une âme, oscillateur dans lequel la base dudit transistor est reliée à l'anode de ladite diode dont la cathode est couplée par un effet capacitif réglable à l'âme. Plus particulièrement l'invention est relative à un mon- tage original d'un oscillateur, notamment un oscillateur modulable à haute frequence, comportant un transistor oscillateur et une cavité. Ce montage est réalisé, de préférence, selon la technique des circuits intégrés hybrides à couches épaisses. Ce type d'oscillateur utilisant une cavité à forte surtension permet d'obtenir un rapport signal à bruit très élevé et est utilisé comme oscillateur local de faisceau hertzien à ltémis- sion comme à la réception. Le domaine technique connu utilise un dispositif du genre mentionne dans le preambule, comportant au moins une diode à capacite variable (diode varicap) disposée perpendiculairement à l'axe commun de l'amie et de la cavite de façon que la cathode de cette diode soit située en regard de l'âme et à une distance telle qu'un effet capacitif de valeur prédétermine ait lieu, l'air faisant office de milieu diélectrique. Pour ce faire, un orifice est pratiqué dans la paroi latérale de la cavité et une vis supportant la diode à travers cet orifice permet de faire varier ladite distance de fa çon à obtenir, lors du réglage, la capacité nécessaire au bon fonctionnement du dispositif.Cette technique suppose une mise en oeuvre technologique assez complexe car, étant données les hautes fréquences mises en jeu, des précautions doivent etre prises pour ne pas introduire des effets électriques parasites. D'autre part, dans le cas de deux diodes varicap disposées en parallèle sur la mene vis, l'une servant à la commande automatique de la fréquence de ltoscillateur alors que l'autre sert à moduler cette fréquence, cette technique connue ne permet pas de régler indépendamment le couplage capacitif souhaité pour la première diode et celui desiré pour la deuxième, du fait que, par vissage ou dévissage, la distance entre la cathode de chaque diode varicap et l'amie est modifiée de la meme valeur. Un premier objectif de l'invention est de réaliser un oscillateur de ce type ayant une très bonne surtension (i.e. comportant une cavité de forte sur tension), éventuellement modulable, oscillateur qui présente des qualités électriques améliorées en ce qui concerne la stabilité et l'indépendance des réglages et qui soit d'une construction simplifiée. Un autre objectif de l'invention est de pouvoir régler simplement la valeur de la capacité de couplage, et, dans le cas où ltoscillateur est modulable, de pouvoir régler indépendamment les couplages capacitifs respectifs des deux diodes varicap à l'âme de la cavité. Selon l'invention, ces buts sont atteints grâce au fait que ledit effet capacitif est obtenu à l'aide d'un condensateur réa- lisé sous forme d'une plaquette en matériau isolant métallisée entièrement sur une première face, et partiellement sur la deuxième face sous forme de plusieurs secteurs métalliques électriquement isolés entre eux, au moins un secteur étant connecté directement à la cathode de la diode, alors que la plaquette est solidarisée en bout par sa première face à une extrémité de l'âme, de façon qu'un contact ohmique soit établi entre ladite première face et ladite extrémité. Il est connu, notamment du brevet américain 3 358 215 de disposer deux diodes de façon que leur anode soit reliée par un conducteur commun et que leur cathode respective soit en contact chaque fois avec un secteur métallique faisant office de premier plateau de condensateur, les deux plateaux étant séparés par un mate- riau isolant d'un deuxième plateau métallique commun. Il s'agit là cependant d'une application toute différente puisque le dispositif décrit un générateur d'harmoniques à varactor comportant une diode PIN.D'autre part la technologie utilisée pour ce dispositif est celle des circuits intégrés, et les condensateurs qui ont ici une fonction de découplage en hyperfréquence par rapport à la masse présentent une capacité bien supérieure à celle des condensateurs de l'invention, ltépaisseur de la couche isolante décrite par ce brevet étant de l'ordre de un micron, alors que ltepaisseur de la plaquette selon la présente invention est comprise entre 0,1 mm et 1 mm. De plus, ces condensateurs ne sont pas réglables. La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple fera bien comprendre comment l'inven tion peut être réalisée. La figure 1 est un schéma électrique partiel de ltoscilla- teur selon l'invention. La figure 2 représente en plan le condensateur réalisé sous forme de plaquette. La figure 3 montre, vu de dessus, l'agencement relatif du transistor oscillateur, des deux diodes varicap et de la plaquette. La figure 4 est une vue longitudinale, partiellement en coupe, du montage de la plaquette sur l'azyme à l'intérieur de la ca vité. Sur la figure 1 qui illustre le mode de réalisation préféré, on a représenté un transistor oscillateur 1 dont la base 2 est reliée à l'anode de deux diodes à capacitif variable 3 et 4. La diode varicap 3 réalise le contrôle automatique de fréquence (CAF). A cette fin, elle est polarisée en inverse par le conducteur 5 connecté à sa cathode et qui est le siège d'une tension de CAF. Cette tension de polarisation, lentement variable, résulte de l'action d'une boucle de régulation, non représentée. En conséquence, la qualité recherchée pour la diode 3 est celle d'une large plage de variation en fréquence, la linéarité étant secondaire. Par contre, la diode varicap 4 qui sert à moduler la frequence de l'oscillateur a, de préférence, une bonne linéarité de modulation. La diode 4 est donc préférentiellement une diode varicap hyperabrupte.Elle est polari sée en sens inverse grâce à une tension alternative sur le conducteur 6, connecté à sa cathode, qui porte par exemple l'information correspondant à 300 voies téléphoniques dans la plage de fréquence basse d'un système analogique à 1800 voies. D'autre part la cathode de chaque diode 3, 4 est reliée à un premier plateau de condensateur 7, 8 respectivement, le deuxième plateau de ces condensateurs 9, 10, référencé 11, étant commun. Le couplage de la diode 4 à la cavité, par le condensateur 10 est notablement plus faible que celui de la diode 3 par le condensateur 9 (voir figure 3). Ceci permet d'obtenir l'indépendance des accès, lesquels ne doivent pas réa- gir l'un sur l'autre. Plus particulièrement, la linéarité sur la modulation n'est de cette façon pratiquement pas affectée par une variation du point de fonctionnement du contrôle automatique de fré quence. Le plateau métallique il est en contact ohmique avec une extrémité d'un élément 12 qui est l'amie de la cavité résonante. La cavité résonante, non représentée explicitement à la figure 1, cor respond en fait à la masse. Un couplage capacitif réglable entre l'autre extrémité de l'âme et la masse est symbolisé par le condensateur variable 13. Le transistor 1 est monté en collecteur commun et oscille, de façon connue, grâce à sa capacité de réaction collecteur-émetteur.Un dispositif électronique 14, alimenté par une tension continue présente sur le conducteur 15 réalise de façon connue les polarisations adéquates des trois électrodes du transistor 1 reliées à ses trois sorties. Selon un autre mode de réalisation, l'oscillateur de la figure 1 comporte une seule diode à capacité variable, la diode 3, qui sert au contrôle automatique de fréquence. Sur la figure 2 qui représente un condensateur réalisé sous forme d'une plaquette, les mêmes références désignent les mêmes éléments qu'à la figure 1. La plaquette, représentée de face environ à l'celle 10 se présente, de préférence, sous la forme d'une pastille circulaire 15. La face visible à la figure 2 présen- te plusieurs secteurs métalliques, tels les premiers plateaux de condensateur 7 et 8 dits secteurs principaux, ainsi que les secteurs auxiliaires 16, 17 et 18. Le secteur 7 a une surface sensiblement égale à la moitié de celle de la plaquette et le secteur 8 une surface environ deux fois plus faible. Les secteurs 16, 17 et 18 se partagent le dernier quart de la surface de la plaquette et servent, lors du réglage, à augmenter la capacité du condensateur 9 et/ou du condensateur 10.A cette fin, des liaisons électriques éventuellement requises entre les différents secteurs sont réalisées confor mément à la technologie des circuits hybrides à couches repaisses. Les secteurs métalliques 7, 8, 16, 17, 18 sont séparés de la couche métallique Il par un matériau isolant 19 faisant office de diôlec- trique, par exemple de l'alumine. Les secteurs métalliques et la couche 11, sont par exemple des cermets, de l'argent, du platine, de l'or ou des encres conductrices déposés par sérigraphie. Selon le type d'oscillateur qu'on souhaite réaliser, les capacités de couplage des condensateurs 9 et 10 doivent avoir une valeur prédéterminée plus ou moins grande. En conséquence, selon le cas, ltépais- seur de la plaquette est égale soit à 0,6 mm, soit à 0,4 mm, soit à 0,2 mm.Ceci permet, en utilisant les mêmes modules, d'obtenir par exemple deux oscillateurs dont les bandes se recouvrent, le premier pouvant osciller entre 860 AZz et 1 GHz, le deuxième entre 950 bEz et 1,1 GHz. Le diamètre de la pastille circulaire est de l'ordre de 6 mm. Pour une épaisseur de la plaquette de 0,6 mm, la capacité de couplage correspondant au secteur 7 est de l'ordre de 1 pF, celle du secteur 8 de l'ordre de 0,5 pF et celle de chaque secteur 16, 17, 18, de l'ordre de 0,1 à 0,3 pF, si bien que la somme de ces ca pacités est de l'ordre de 2 pF. Selon un autre mode de réalisation et notamment dans le cas de l'utilisation de la seule diode 3, les secteurs 16, 17 et 18 sont remplacés par un secteur unique, identique au secteur 8. Afin d'obtenir un encombrement minimum et, parallèlement, de réduire les effets électriques parasites, les connexions électriques entre la base du transistor 1 et l'amie de la cavité sont réa- lisées conformément à l'agencement représenté à la figure 3 sur laquelle sont représentés : le transistor 1 avec son électrode base 2, les diodes varicap 3 et 4, les conducteurs de polarisation 5 et 6, la plaquette 15 supportant les secteurs 7 et 8, et l'âme de la cavité 12. Les cathodes des deux diodes sont soudées directement aux secteurs 7 et 8, respectivement, de meme que les conducteurs de polarisation 5 et 6. Les anodes des diodes 3 et 4 sont soudées directement à la base du transistor 1 qui les coiffe, comme repré senté à la figure 3. La figure 4, qui est décrite ci-après explicite sensiblement à ltéchelle 1 l'ensemble du montage. Sur cette figure, la rô- férence 22 désigne un profilé, par exemple en aluminium, comportant la cavité 23 qui se présente sous la forme d'un cylindre de révolution dont la paroi est vue en coupe longitudinale passant par son axe. L'âme 12 de la cavité qui est sensiblement axiale et qui est de préférence un cylindre de révolution, est représentée non coupée. Elle comporte à son extrémiste postérieure une fente pour tournevis 25. Elle comporte en outre deux bossages 26 et 27 ainsi qu'une partie filetée, située entre les deux bossages et débouchant sur le bossage 27. Elle est maintenue en place par un manchon isolant 28, par exemple en rexolite. Ce manchon est collé aux parois de la ca vité 23. Lors de l'assemblage, l'âme est vissée à l'intérieur de ce manchon et y est éventuellement collée. Deux cloisons, 29 et 30 obturent la cavité cylindrique 23. La cloison 29, métallique, est par exemple de forme rectangulaire. Elle est fixée contre les parois de la cavité, par vissage dans ces dernières parallèlement à l'axe de la cavité.Un taraudage pratiqué en son centre permet, de façon connue, à une vis d'accord 31, de réaliser le condensateur variable 13 représenté à la figure 1. Cette vis d'accord est main tenue à la position de réglage choisie à l'aide du contre écrou 32. La cloison antérieure 30, analogue à la cloison 29 a une forme par exemple rectangulaire et sa largeur est, selon un mode de rôalisa- tion préféré, légèrement inférieure au diamètre de la section de la cavité. Elle est fixée aux parois de la cavité comme la cloison 29 et se composte d'un socle métallique 33 supportant un substrat isolant, par exemple en alumine, 34. Cette paroi présente en son centre un orifice, de préférence circulaire dans ou à travers lequel pénètre très librement l'extrômitô antérieure de l'âme, extrémite sur laquelle est solidarisée par soudure ou colle conductrice 35 la plaquette conductrice 15, de façon que cette paroi entoure la plaquette. Le transistor 1 est fixé de façon non représentée au socle 33, à travers un évidement ad hoc pratiqué à travers le substrat isolant 34, et de manière que sa base coiffe la plaquette 15 comme représenté à la figure 3. En outre, afin d'améliorer encore le compactage et de ré- duire le cablage en rassemblant avantageusement en un même endroit les composants qui opèrent à 1 GHz, toutes les petites connexions et les composants qui sont réalisables selon les techniques de se- rigraphie ou de gravure appliquées aux circuits hybrides à couches épaisses, sont élaborés sur le substrat 34 de façon non représentée tels par exemple : les selfs de choc placées juste en amont des conducteurs de polarisation 5 et 6 ; tels aussi certains composants appartenant au circuit 14 de la figure 1. Ceci supprime les selfs à air et un cablage important. Les composants non "intégrables", certains condensateurs par exemple, sont fixés directement au substrat 34 ou, comme c'est le cas pour le transistor 1, au socle métallique 33, dans un logement pratiqué à travers la couche d'alumine préalablement percée à cet effet. Selon l'invention, deux dispositions sont prises comme on l'a vue plus haut, pour régler la valeur des capacités des condensateurs de couplage 9 et/ou 10, à savoir : plusieurs épaisseurs possibles du matériau isolant 19 de la plaquette et/ou réunion éven- tuelle de secteurs métalliques entre eux. Toujours selon l'invention, une troisième disposition permet le préréglage de cette ou de ces capacités. En effet, le manchon en rexolite, dont la constante diélectrique est supérieure à celle de l'air a, selon les types d'oscillateurs désirés des longueurs qui peuvent être diffrentes. Grâce à l'effet capacitif supplémentaire ainsi exploité, la fréquence de l'oscillateur est d'autant plus faible que le manchon de rexolite 28 est long. REVEt4DICATIONS : 1. Oscillateur hyperfréquence comportant un transistor oscillateur, au moins une diode à capacité variable destinée à régler la fréquence de I'oscillateur et une caviste de forte surtension munie d'une âme, oscillateur dans lequel la base dudit transistor est reliée à l'anode de ladite diode dont la cathode est couplée par un effet capacitif réglable à l'âme, caractérisé en ce que ledit effet capacitif est obtenu à l'aide d'un condensateur réalisé sous forme d'une plaquette en matériau isolant métallisée entièrement sur une première face et partiellement sur la deuxième face sous forme de plusieurs secteurs métalliques électriquement isolés entre eux, au moins un secteur étant connecté directement à la cathode de la diode, alors que la plaquette est solidarisée en bout par sa première face a une extrémité de l'âme, de façon qu'un contact ohmique soit établi entre ladite première face et ladite extrémité. 2. Oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux diodes à capacitif variable, ayant leur anode reliée électriquement à la base du transistor oscillateur et leur cathode soudée chacune à un secteur métallique principal distinct, chacun de ces deux secteurs principaux étant aussi soudé à un conducteur de polarisation, et qu'au moins un troisième secteur auxiliaire est prévu, adjacent aux deux précédents sur ladite deuxième face, pour être éventuellement connecté à l'un des secteurs principaux portant les diodes. 3. Oscillateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'anode de chaque diode est soudée directement à la base du transistor. 4. Oscillateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite plaquette est une pastille circulaire d'alumine d'un diamètre sensiblement égal à celui de l'âme, de l'or- dre de 6 mm et d'une épaisseur comprise entre 1 mm et 0,1 mm. 5. Oscillateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une diode à capacité variable sert à régler la fréquence de l'oscillateur, l'autre diode servant à moduler la fréquence de ltoscillateur. 6. Oscillateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un manchon en matériau isolant de longueur prédéterminée maintient l'aine sensiblement dans l'axe de la cavité. 7. Oscillateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'extrémité de la cavité où a lieu le couplage est fermée par une cloison antérieure comportant un socle métallique appliqué perpendiculairement aux parois de la cavité et un substrat en matériau isolant du côté opposé, ladite cloison comportant en son centre un orifice dans ou à travers lequel pénètre l'extrémité de l'aine qui porte la plaquette et en ce que le transistor oscillateur est fixé extérieurement au socle métallique dans un logement pratiqué à cet effet à travers le substrat, d'autres composants qui opèrent en haute fréquence étant supportés par ledit substrat en matériau isolant. 8. Oscillateur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite plaquette et ladite cloison antérieure sont traitées selon la technique des circuits hybrides à couches épaisses, certains composants portés par ledit substrat étant réalisés sous forme de dépôts de couches métalliques, lesdits matériaux isolants de la plaquette et dudit substrat étant de l'alumine et ledit matériau isolant dudit manchon étant de la rexolite.