Brevet FR2430672A1 — publié le 19800201

La présente invention concerne un appareil de contrôle fonctionnant dans le domaine des ondes mIllimétriques et submillimétriques, destiné à mesurer l'énergie se propageant dans un guide d'onde sans interrompre la transmission. Elle consiste plus précisément en un dispositif dit "coupleur-détecteur" dans la suite de l'exposé, prélevant, à des fins de mesure, une fraction faible de l'énergie se propageant dans le guide de façon à ne pas réduire notablement le niveau de l'onde transmise, dont la bande passante soit aussi large que elle du guide servant à la transmission. Les coupleurs disponibles dans le commerce fonctionnant dans ces bandes comportent un tronçon de guide d'onde que l'on insère sur le trajet de l'onde dont on désire connaître le niveau et orientent sur un circuit d'utilisation une fraction connue de l'onde. Les détecteurs pour ondes millimétriques actuellement dispenibles dans le commerce ont une bande passante étroite, il est donc nécessaire d'ajuster leur fréquence de fonctionnement au moyen, par exemple, d'un piston de cuurt-circuit, ou encore par déplacement de la monture portant la diode de détection si le montage dérive de celui décrit par Sharpless dans le numéro de Novembre 1956 du Bell System Technical Journal, pages 1385 à 1402, sous le titre "Wafer-type millimeter wave rectifiersff, Le dispositif résultant de la mise en série d'un coupleur et d'un détecteur disponibles dans le commerce est, en général, volumineux parce qu'il comporte des brides de raccordement intermédiaires et des organes de réglage de la fréquence. Le but de la présente invention est un coupleur-détecteur à large bande destiné à être incorporé dans un équipement de télé- communication au moyen d'ondes millimétriques et qui, dans ce but, présente un encombrement restreint et un coft de réalisation faible devant celui des dispositifs actuellement commercialisés. Le coupleur-détecteur à large bande passante pour sys tbme de télécommunication par onde millimétrique ou submillimétrique comportant une monture métallique ayant la forme d'un parallélépipède présentant deux grandes faces parallèles communiquant par une ouverture constituant un tronçon de guide d'onde inséré sur le trajet de ladite onde, un circuit de détection à diode semi-conductrice couplé à ladite onde par une sonde et une sortie du signal détecté en microfiche coaxiale,selon l'invention, est caractérisé en ce que ledit circuit de détection, de type hybride, est porté par un substrat isolant, d'épaisseur e, que ladite monture est constituée d'un grand et d'un petit parallélépipède de même épaisseur assemblés selon une face latérale commune par des vis placées dans leur épaisseur, que lesdites grandes faces présentent les perçages nécessaires au raccordement avec les brides des guides d'onde dudit équipement, que ledit grand parallélépipède présente sur ladite face commune un créneau de profondeur p et de largeur correspondant respectivement au grand et au petit cdté dudit tronçon de guide d'onde et dans son épaisseur une gorge, parallèle auxdites grandes faces de profondeur égale à e+p/2 débouchant dans ledit créneau par une de ses extrémités et mise en relation avec ladite microfiche par un perçage latéral dont l'axe est situé à une distance pl2 de ladite face latérale commune, occu- pée par la partie du substrat portant le circuit de détection avec son côté nu en appui sur le fond de la gorge, la partie du substrat portant ladite sonde étant engagée dans ledit créneau d'un longueur au plus égale à un quarantième de la longueur d'onde moyenne dans le guide et deux conducteurs souples respectivement reliés au conducteur central de la microfiche et à la monture en tant que relais du conducteur externe de la microfiche. Le dispositif selon l'invention présente les avantages suivants - sa conception réduit les usinages précis par suppression des brides et des pistons d'accord, en outre, la monture de la diode détectrice de type Sharpless,habituellement employée dans les détecteurs d'ondes millimétriques,a été remplacée par une lame de quartz portant des métallisations et la diode détectrice, dont le prix de revient de série est plus bas.En conséquence, il devient possible d'incorporer un coupleur-détecteur dans chaque équipement de téléeomaunication sans grever son prix de façon sensible; - la continuité du guide est assurée par l'ouverture dans la monture et le seul obstacle rencontré par l'onde est la sonde dont les dimensions sont suffisamment faibles devant la longueur d'onde doyenne pour que la continuité de la transmission ne soit pas af#ectée; - l'énergie prélevée sur le guide d'onde a un niveau suffisamment faible pour que la présence du coupleur-détecteur n'introduise pas de perturbation de la transmission; - la monture assure un blindage efficace du circuit détecteur. L'invention est décrite en détail dans la description qui suit illustrée des figures 1 à 5, données à titre illustratif et non limitatif, dans lesquelles - la figure 1 représente une vue en perspective du coupleur-détecteur selon l'invention; - la figure 2 représente une coupe du coupleur-détecteur effectuée dans un plan perpendiculaire au plan de la figure précé- dente; - la figure 3 représente une coupe du coupleur-détecteur dans un plan parallèle à celui de la grande face; - la figure 4 représente le taux d'onde stationnaire introduit par le coupleur-détecteur sur une ligne de transmission; - la figure 5 représente la courbe de variation du ni- veau détecté par la sonde en fonction de la fréquence. La figure 1 représente une vue en perspective du coupleur-détecteur selon l'invention. Ce circuit est constitué d'une monture 20 métallique rectangulaire découpée dans sa partie centrale suivant une ouverture 1 è section rectangulaire de profondeur p formant un tronçon de guide d'onde normalisé. La monture 20 porte sur sa face supérieure une-microfiche coaxiale 2 dont l'axe est perpendiculaire et passe par le centre des grandes parois la térales de l'ouverture l. La monture 20 est constituée d'un parallélépipède métallique 3 présentant une gorge usinée dans la face latérale 6 délimitant trois des parois de l'ouverture i et d'un parallélépipède 4 fixé au précédent au moyen des vis 5 disposées dans l'épaisseur de la monture 20.Un substrat isolant 12, traversant l'ouverture l parallèlement à ses petites parois, est immobilisé par deux gouttes de colle 10 visibles sur la figure 2. Les deux grandes faces de la monture 20 présentent des perçages 7 livrant passage à des vis de fixation traversant les brides des tronçons de guide d'onde adjacents. La figure 2 représente la coupe du coupleur-détecteur selon l'invention dans un plan perpendiculaire à celui de la figure précédente passant par l'axe de la microfiche 2. Le parallélépipède 3 est usiné sur la face 6 entre la face supérieure portant la microfiche 2 et la gorge constituant l'ouverture l suivant une deuxième gorge qui constitue un logement il lorsque le parallélépipède 4 est assemblé avec 3. Le logement 11 de forme rectangulaire débouche par l'une de ses extrémités dans l'ouverture l afin de permettre au substrat isolant 12, dtépaisseur e, d'occuper à la fot le logement 11 et de pénétrer dans l'ouverture 1.La longueur du substrat 12 est inférieure d'environ un demi-millimètre à longueur du logement 11 augmentée de la longueur de l'ouverture 1. La profondeur du logement 11 comptée à partir de la face 6 du parallélépipède 3 est égale à e + p/2 et le substrat 12 présente sa face métallisée dans le plan de la figure 2 lorsque sa face nue est appliquée contre la paroi du logement il opposée à la face 6. Le substrat 12 porte une métallisation longitudinale 13 en forme de ruban dont une extrémité pénètre dans l'ouverture l sur une hauteur h au plus égale à 1/40 de la longueur d'onde moyenne de la bande passante dans 1' ouverture 1 de façon à constituer une sonde apériodique. Le reste de la métallisation 13 constitue un tronçon de ligne microbande ayant la paroi métallique du logement Il pour plan de masse. Comme la longueur de la sonde reste très petite devant la longueur d onde moyenne, elle constitue un obstacle provoquant une réflexion négligeable et le signal transmis au circuit de détection est indépendant de la fréquence dans toute la bande passante transmise par l'ouverture 1. La faible valeur du coefficient de couplage permet aussi de négliger la perte d'insertion introduite par 13. Lorsque le coefficient de couplage a été ajusté à la valeur désirée en réglant la hauteur h, on immobilise le substrat 12 en déposant deux gouttes de colle 10 non conductrice entre la paroi du logement il et le bord du substrat 12.Une diode semiconductrice est montée à l'extrémité de la métallisation 13 opposée à l'ouverture i. Cette diode est soit un "beam-lead" connecté par thermo-compression, soit une puce fixée par de la colle conductrice de l'électricité, commercialisée par la société américaine nEpoxy Dechnology Incorporatedfl sous la référence R31 à la métallisation 13 et reliée par un fil de 12 micromètres de diamètre à l'entrée d'un filtre de rejection 16 pour les ondes millimétriques.Le retour du courant continu de la diode est assuré par une métallisation 17 de largeur égale à 100 micromètres prenant son origine à proximité immédiate de la puce 14, orientée perpendiculairement à 13 et à la paroi du logement 11 avec laquelle elle est en contact à une distance de la diode égale au quart de la longueur d'onde moyenne dans la bande passante. Le contact est obtenu par un élargissement 21 de 11 extrémité de la métallisation 17 sur lequel est fixée par collage au moyen d'une colle conductrice une première extrémité du conducteur 22 souple dont la deuxième extrémité est fixée de la meme façon à la paroi du logement 11 lui faisant face. La deuxième extrémité du filtre de réjection 16 est reliée au conducteur central 18 de la microfiche 2 par un ruban conducteur 15. La figure 3 représente une coupe du coupleur-détecteur par un plan parallèle et équidistant des grandes faces de la monture 20. Le substrat 12 qui occupe le logement 11 traverse ltou- verture 1. La face non métallisée de 12 est appliquée sur le fond du logement 11. La face métallisée de 12 occupe le plan médian de l'ouverture 1 qui contient aussi l'axe de la microfiche 2. Les circuits 13 et 16 ont été représentés plus épais qu'en réalité afin de les rendre visibles. Après ajustement du coefficient de couplage entre l'ouverture 1 et ltextrémité de la métallisation 13 utilisée comme sonde, le substrat est immobilisé comme cela a déjà été dit au moyen de deux gouttes de colle 10.Cette opération est rendue possible par la présence d'une connexion souple 15 constituée par un ruban de 0,6 millimètre de largeur et de 35 micromé- tres d'épaisseur entre le conducteur central 18 de la microfiche 2 et l'extrémité du filtre 16 et par la présence de la connexion souple 22. Â titre illustratif, non limitatif, la demanderesse a réalisé un coupleur-détecteur destiné aux équipements de transposition de fréquence dans la bande 26,5 - 40 GHz. - L'ouverture 1 a pour dimensions 3,56 x 7,11 millimètres et correspond au guide normalisé WR -28. - Les perçages correspondant aux fixations sont ceux de la bride UG - 599/U. di de - La diode utilisée est uneScottky type BÂV 88 commercialisée par la demanderesse utilisée en puce. - Le substrat 12 est une lamelle de quartz ayant pour dimensions 3,4 X 17 x 0,3 millimètres. - La métallisation 13 a une largeur égale à 0,6 millimètre. - Le filtre réjecteur 16 comporte quatre métallisations de largeur égale à 0,4 millimètre et de longueur égale i 2,6 millimbtres séparées par une métallisation de longueur égale à 1,3 millimètre et de largeur égale à 0,1 millimètre. - La profondeur d'enfoncement h de la métallisation 13 dans le tronçon de guide est égale à 0,2 millimètre pour une atténuation de couplage égale à 10 dB. En rétractant la métallisation 13 l'atténuation de couplage peut entre ajustée à toute valeur comprise entre 10 et 30 dB. La figure 4 représente la courbe de variation du taux d'onde stationnaire en fonction de la fréquence mesurée dans le guide d'onde relié à l'ouverture 1. On peut constater que le coupleur-détecteur constitue un obstacle négligeable dans toute la bande passante du guide d'onde de mame section que l'ouverture 1. La figure 5 représente la courbe de variation du niveau détecté en fonction de la fréquence pour un enfoncement de la métallisation 13 dans l'ouverture 1 égal à 0,2 millimètre. On peut constater que le coupleur-détecteur délivre un signal de niveau quasi indépendant de la fréquence dans toute la bande du guide d'onde de meme section que l'ouverture 1. R B V B ff D I a A e I O N S 1. Coupleur-détecteur à large bande passante pour système de télécommunication par onde millimétrique ou submillimétrique comportant une monture métallique ayant la forme d'un parallé- lépipède présentant deux grandes faces parallèles communiquant par une ouverture constituant un tronçon de guide d'onde inséré sur le trajet de ladite onde, un circuit de détection à diode semi-conduc- trice couplé à ladite onde par une sonde et une sortie du signal détecté en microfiche coaxiale caractérisé en ce que ledit circuit de détection, du type hybride, est porté par un substrat isolant d'épaisseur e, que ladite monture est constituée d'un grand et d'un petit parallélépipède de même épaisseur, assemblés selon une face latérale commune par des vis placées dans leur épaisseur, que lesdites grandes faces présentent chacune des pieds de centrage et les perçages nécessaires au raccordement avec les brides des guides d'onde dudit équipement, que ledit grand parallélépipède présente sur ladite face commune un créneau de profondeur p et de largeur correspondant respectivement au grand et au petit côté dudit tronçon de guide d'onde et dans Bon épaisseur une gorge, parallèle auxdites grandes faces, de profondeur égale à e + p/2 débouchant dans ledit créneau par une de ses extrémités et mise en relation avec ladite microfiche par un perçage latéral dont l'axe est situé à une distance p/2 de ladite face latérale commune, occupée par la face du substrat portant le circuit de détection, l'autre face nue étant appuyée sur le fond de la gorge et deux conducteurs souples respectivement reliés au conducteur central de la microfiche et à la monture en tant que relais des conducteurs de la microfiche. 2. Coupleur-détecteur pour équipement de télécommunication en bande millimétrique ou submillimétrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit de détection est couplé audit tronçon de guide d'onde par l'extrémité d'une métallisation rectiligne déposée sur ledit substrat, formant une sonde pénétrant dans ledit tronçon de guide d'onde d'une longueur infé rieure à un quarantième de la longueur d'onde dans ledit tronçon correspondant à la fréquence moyenne de sa bande passante. 3. Coupleur-détecteur pour équipement de télécommuni- cation en bande millimétrique ou submillimétrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la profondeur de pénétration de ladite sonde dans ledit tronçon de guide d'onde est ajustée afin de conférer au signal détecté un niveau connu en-dessous de celui de ladite onde millimétrique ou submillimétrique et que le substrat sur lequel la sonde est métallisée est immobilisé définitivement dans le logement qui le contient. 4. Coupleur-détecteur pour équipement de télécommunication en bande millimétrique ou submillimétrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit niveau du signal détecté est compris entre 10 et 30 dB en-dessous de celui de ladite onde millimétrique ou submillimétrique.