Brevet FR2419613A1 — publié le 19791005

La présente invention est relative à un circuit hyperfréquence à lignes couplées à vitesse de phase compensée et au dispositif hyperfréquence comportant un tel circuit L'état électrique de deux lignes de transmission couplées peut-êre représenté, à chaque instant, par deux modes de propagation d'ondes transverses éleotromagnétiques, ondes TEX, se superposant sur chaque ligne de transmission. Un premier mode appel mode pair est cara@térisé par des couples de valeurs (E, I), tension courant, égaux à tout instant en tout plan de section droite le long de chaque ligne et un deuxième mode, appelé mode impair, est caractérisé par des couples de valeurs (E, I) tension courant déphasés de # à tout instant et t tout plan de section droite le long de chaque ligne. Dans le cas d@ lignas de transmission eouplées constituées par des bandes metall@@es dispo@ées sur un même substrat de matériau diélectrique, l'in@omogéneité du matériau diélectrique a pour conséquence des vites@@ d@ phase différentes pour chacun des modes pairs et impairs et il en @@@@lte une d@gradation des performances radio-électriques du cir cuit @ lignes couplées. En particulier dans le cas de coupleurs direc- tif@. notamment à couplage lâche (20 dB), la directivit@ définie comme le rapport en décibels de l'énergie transmise car la voie découplée à l'énergie de l'onde @ouplée devient faible ou même ;'inverse dan le cas où la bande passante du circuit est voisine de l'octave. Différentes solutions tendant à homogénéiser le milieu diélectrique ont éti proposées. Le coupleur de Podell décrit dans la revue Microwaves Mars 1974 pages 58 à 62 diminue la vitesse de phase en mode impair sans modifier la vitesse de phase en mode pair. Mais ce type de coupleur ne peut pas être utilisé pour des couplages supérieurs à 3 dB. Le coupleur d'Overlay décrit dans la publication du MIT Avril 1970 pages 222 à 228 nécessitant un report de matériau diélectrique sur le circuit est drune mise en oeuvre peu aisée, la répétition à l'identique de caractéristiques techniques de coupleurs de tel type étant délicate. Une autre solution décrite par B. Scniek, J. Köhler, dans le compte rendu de la 6eme"European microwave conférence" du 14 au 17 Septembre 1976 publié par "Microwave Exhibitions and Publishers Ltd" Temple Gate House, 36 High Street, Seven@aks, Kent T 13 15 G England" consiste à compenser le décalage de vitesse de phase des modes pair et impair par une structure de ligne en gradins comportant deux tronçons de lignes couplées ayant sensiblement la même longueur mais des couplages différentes du fait de leur espace- ment et de leur largeur différents. Cette solution présen@e l'incon vénient notamment de nécessiter des calculs complexes pour sa mise en oeuvre, le couplage des lignes résultant du couplage différent des deux tronçons sensiblement de même longueur. De plus cette solution ne permet pas d'obtenir, dans l'application à une cellule de Schiffman, un fonctionnement du disposi@i sur une bande de fréquence supérieure à l'octave. L@ présente invention permet de remédier aux inconvénien précités et a pour objet un circuit hyperfréquence à lignes couplées a vitesse de phase compensée de conception et de réalisation eimple@ Un autre objet de la présente invention est tJn circuit hyper- fréquence à lignes couplées à large bande. Un autre objet de la présente invention @@t u@ cireuit hyperfréquence à lignes couplées permettant la mise en oeuvre de coupleurs directifs à large bande et à grand découplage. Selon une caractéristique de l'objet de l'invention, le circuit hyperfréquence à ligne couplées comprend, sur un substrat ne matériau diélectrique comportant une pluralité de lignes de trans- mission constituées par des bandes conductrices formant un système de lignes couplées, une au moins des lignes de transmission @omportant une modification locale de sa capacité linéique et du couplage capacitif résultant des lignes de transmission. D'autres caractéristiques de l'objet de l'invention apparaitront dans la description ci-après et dans les dessins @ù les côtes et proportions des différents éléments n'ont pas té respectés afin d'assurer une meilleure compréhension de l1ensemble et dans lesquels - la figure 1 reprzsente un circuit hyperfréquence à lignes couplées selon l'invention, - la figure 2 représente un mode de réalisation particulier d'un circuit hyperfréquence à lignes couplées selon l'invention, - la figure 5 représente un mode de réalisation particulier d'un circuit hyperfréquence à lignes couplées dans le cas de la mise en oeuvre d'un circuit déphaseur du type cellule de Schiffman, - la figure 4 représente un autre mode de réalisation particulier d'un circuit hyperfréquence à lignes couplées dans le cas de la mise en oeuvre d'un coupleur directif à large bande. telon la figure 1, le circuit hyperfréquence à lignes couplées comprend sur un substrat 1 de matériau diélectrique une pluralité de ligne @onstitu@e@ de manière classique par des bandes conductrices métalliques 2, e t 5 disposées sur la surface supérieure du substrat 1 et par une semelle métallique 4 servant de potentiel de référence pot lignes de transmission dans le cas où les lignes sont des lignes miorobande. L'invention peut également s'appliquer aux lignes coplanaires. Les bandas métalliques 2 et 5 sont espacées paK un intervalle d tel que les lignes de transmission forment un système de lignes couplées. La direction de propagation des signaux électromagnétiques sur les lignes est représentée par la flêche F. L'une au moins des lignes comporte une modification locale de la capacité linéique de la ligne correspondante. Cette modification est représentee sur la figure 1 à tire d'exemple non limitatif par une déformation, dans le plan des bandes conductrices, de la métallisation de la bande conductrice correspondante. La déformation de la métallisation de la bande conductrice correspondante forme une zone conductrice 5 en contact avec cette bande conductrice. La zone conductrice 5 a, suivant la direction de propagation des signaux hyperfréquence, une dimension 1 inférieure ou égale au quarantième de la longueur d'onde des signaux hyperfréquence transmis, 1 t La modification de la capacité linéique d'une des lignes a pour conséquence une augmentation du couplage capacitif entre les lignes la modification de capacité linéique n'intervenant, du de la faible dimension de celle-ci par rapport à la longueur d'onde du signal transmis suivant la direction de propagation F, que pour le mode impair, les tensions et courants en tout point de section droite des deux lignes couplées étant identiques en moSe pair. L'aug- 3-sation locale du couplage capacitif des lignes permet ainsi une compensation de l'écart des vitesses de phase des modes pair et im- pair dans une bande de fréquence supérieure à l'octave sans toutefois modi-ier la valeur du couplage des lignes qui est déterminé définiti- vement compte tenu de la dimension et des caractéristiques électriques des lignes considérées séparément et de l'intervalle d définissant l'espace de coulage des lignes. Selon un mode de réalisation particulier représenté figure les lignes couplées sont constituées par deux bandes mé@alliques ien- loues parallèle3 formant deux lignes microbande. La zone conductrice est constituée par deux lang-oettes métal- liques 52 et 53 en contact respectivement avec une des bandes métallicues constituant une première et une deuxième ligne de transmission. Les deux languettes sont disposées en vis à vis symétriquement par rapport à l'axe de symétrie Z'Z de l'espace de couplage des première et deuxième lignes de transmission, L'espacement e des deux languettes suivant une direction orthogonale à la direction de propagation F choisi le plus faible possible : compte tenu de la technologie de réalisation des lignes couplées par sérigraphie ou usinage ionique, e a cour valeur quelques dizaines de microns. Cette faiole valeur de e parmet, pour une valeur déterminée de la modification de capacit@ '- néique nécessaire à la compensation de l'écart de vitesse de phase, de choisir cour la dimension 1 des valeurs très inférieures à Selon le mode de réalisation particulier de la figure 7, le circuit hyperfréquence à lignes couplées selon l'invention permet la mise en oeuvre d'un système déphaseur à large bande du type cellule de Schiffman. Les cellules de Schiffman ont été décrites dans l'artlcle de B.M Schiffman intitulé "A new class of band Microwave 90 Degree Phase Shifters", MTT Avril 1958 pages 232 è 237. Elles comprennent le plus souvent ainsi que représenté figure 3 deux lignes microbandes couplées constituées car des bandes métalliques 3, 4 dans la longueur est égale au quart de la longueur d'onde du signal transmis. Les deux lignes couplées ont leur extrémité C reliée en court circuit et leur extremité d'entrée reliée à une ligne de transmission dont l'angle électrique a une valeur telle que le déphasage des signaux électromagnétiques a leur extrémité a pour valeur #/2 . Selon l'invention les lignes couplées comportent à l'extremité opposée à leur extremit@ connectée en court circuit une languette métallique 21, , 31 provoquant use modification du couplage capacitif des lignes et la @@mpensation de l'écart des vitesses de phase. A titre d'exemple d@ réalisation @ne capacité ajoutée de 6 10-2 pF correspondant à des @aleurs respectives des dimensions e et 1 de 10 micromètres et de i l; de millimètres ont permis d'obtenir sur un substrat d'alumine un taux d'ondes s suationnaires de 1 1,08 dans une bande de fréquence égale à l'octave telle que le rapport de la fréquence maximale à celui de la fréquence minimale est égale à 2. Suivant le mode de réalisation particulier de la figure 4, le circuit hyperfréquence à lignes couplées conforme à l'invention permet la mise en oeuvre d'un coupleur directif à large bande et à fort découplage en technologie microbande. Le coupleur représenté figure 3 est un coupleur 5 dB à très large bande (f.max/ i- min = 3). I1 comporte en fait trois sections de couplage I, II et III. Les sections I et III ont une structure identique et comportent pour les sections I les votes de l'onde incidente A et de l'onde couplée B, et pour la section III les voies de l'onde transmise C et la voie directive ou découplée D. Les lignes 3a, 2b et 3c, 2d constituent les lignes couplées des tronçons respectifs I et II. Les lignes couplées 3a, 2b et 3c, 2d ont une dimension L, suivant le sens de propagation F des signaux hyperfréquence, égale à #/4, L = #/4,où # représente la longueur d'onde des signaux transmis pour la fréquence centrale de la canne passante du coupleur. Les bandes conductrices 3a, o et c, 2d constituant les lignes couplées comportent respecti@ement, à chacune de leur extrémité et en vis à vis symétriquement par rapport a l'axde de symétrie Z'Z de l'espace de couplage des lignes, une languette conductrice 31a, 21b ; 32b, 22b et 32c, 22d ; 31c, 21d entraînant par la modification locale de la capacité linéique des lignes, celle de leur couplage capacitif et la compensation de l'écart des vitesses de phase en mode pair et impair. La section II comporte un réseau de lignes couplées comprenant des bandes métalliques 6b, 6c de longueur 8 respectivement connectées aux bandes 2b et 7c et des bandes métal- liques 6a, 6d be longueur #/4 respectivement connectées aux bandes 3a et 2d, les bandes 6c, 6b et 6a, 6d étant imbriquées et disposées symépriquement par rapport à une bande centrale 5e ayant pour are de symétrie Z'Z. Le bandes 6a, 6c et 6b, 6d forment un réseau de lignes couplées, les bandes 6a et 6d étant électriquement reliée: par des fils d'or connectés par thermocompression et les bandes 6@ et 6b également électriquement reliées par des fils d'or par l'interm@diaire de la bande centrale 6e. a section I et la section III constituent des coupleurs à couplage faible Ke = 21 dB, et à mauvaise directivité, et la section II un coupleur à fort couplage et à directivité mo-enne. tes languettes métalliques 31a, 21b, 32c et 22d constituent des capacit-me e valeur C = 2X10 -2 pF. Les capacités C améliorent suffisamment, la directivité des sections I et III pour que l'ensemble permette d'obtenir les @é- sultats suivants - coupleur directif # dB - oande passante f max / f min 5 - ondulation (en fonction de la fréquence) + C,5 dB - taux d'ondes stationnaires : 1,38 - découplage (atténuation de la voie directive D) 2C dB. R E V E N D I C A T I O N S 1. Circuit hyperfréquence à lignes couplées comprenant sur un substrat de matériau diélectrique une pluralité de lignes de transmission constituée: par des bandes conductrices formant unsys thème de ligne couplées, caractérisé en ce que l'une au moins des lign comporte une modification locale de sa -capacité linéique et du coupla capacitif résultant des lignes des transmission. 2. Circuit hyperfréquence à lignes couplées selon la revendication 1 caractérisé en ce que la modification locale de la capacité linéique d'une des lignes est constituée par une déformation, dans le plan des bandes conductrices constituant les lignes, de la métallisation constituant la bande conductrice correspondante, la déformation de la bande conductrice correspondante formant une zone conductripe en contact électrique avec ladite bande, la zone conductrice ayant, cuivant la direction de propagation des signaux hyperfréquence, une dimaasion l inférieure ou égale au quarantième de la longueur d'onde des signau@ hyperfréquence transmis, l # #/40. 5. Circuit hyperfréquence à lignes couplées selon la revendicati 2, caraotérisé en ce que les lignes couplées étant constituées par deux bande: desmé-talliqlles identiques parallèles formant deux ligne: microbandes, la zone conductrice est constituée par deux lan- guettes métalliques en contact respectivement avec une des bandes métalliques constituant la première et la deuxième ligne, les deux languettes étant disposées en vis à vis symétriquement par rapport à l'axe de symétrie Z'Z de l'espace de couplage des premier et deu xième ligne. 4. Circuit hyperfréquence à lignes couplées selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, les lignes couplée formant un système déphaseur du type cellule de Schiffman, elles comportent, à l'extrémité opposée à leur extrémité connectée en court circuit, une languette métallique (21, 31) provoquant, par la modification localisée du couplage capacitif des lignes, une compensation de l'écart des vitesses de phase des modes pair et impair 5. Circuit hyperfréquence à lignes couplées selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, les lignes couplées formant un coupleur directif à large bande, le circuit comporte sur le substrat de matériau isolant des bandes conductrices (Sa), (2b), (3c), (2d) constituant les lignes couplées et comportant respectivement, à chacune de leur extrémité et en vis à vis syrétriquement par rapport à l'axe de symétrie Z'Z de l'espace de couplage des lignes, une languette conductrice (31a), (21b) ; (32b),(22b) et (32c), (22d) (Sic), (21d) entrainant par la modification locale de la capacité linéique des lignes la compensation de l'écart des vitesses de phase des modes pair et impair. 6. Dispositif hyperfréquence comportant un circuit hyperfré- quence à lignes couplées selon l'une des revendications or-cedentes.