Brevet FR2449977A1 — publié le 19800919

L'invention concerne un dispositif de transition entre une ligne de transmission coplanaire et une ligne de transmission à rubans parallèles Dans les applications habituelles des circuits hyperfréquences, la transmission de l'énergie ou d'un signal hyperfréquence se fait au moyen de circuits à constantes réparties tels que ligne coplanaire et ligne à rubans parallèles, par exemple. Selon l'application envisagée, le choix se fait en faveur de l'un ou de l'autre type de ligne. Par suite, le passage ou la transition entre une ligne coplanaire et une ligne à rubans parallèles s'impose lorsque les raisons techniques du choix ne sont pas les mêmes dans les diverses parties d'un ensemble de circuits hyperfréquences. Une application importante d'une telle transition et la réalisation de circuits intégrés hyperfréquences combinant à la fois des fonctions réalisées en lignes coplanaires et des fonctions réalisées en lignes à rubans. Une forme de transition existant déjà consiste à relier par une bande métallique les deux rubans conducteurs centraux des deux lignes de transmission coplanaire et ligne à rubans, disposées sur deux plaquettes de substrat diélectrique différentes. Une première plaquette, comportant, sur deux faces opposées, les deux rubans conducteurs constituant la ligne à rubans, est disposée sur une deuxième plaquette comportant la ligne coplanaire de telle façon que le ruban conducteur dit de masse de la ligne à rubans soit en contact avec la face de la deuxième plaquette diélectrique sur laquelle sont disposées les zones conductrices de la ligne coplanaire, les axes des deux lignes étant confondus. Un inconvénient majeur d'une telle transition vient de la nécessité d'opérations d'usinage, de perçage ou de montage aboutissant à des difficultés de réalisation industrielle et à une reproductibilité incertaine. Une telle complexité technologique aboutit inévitablement à des coûts de réalisation importants. La présente invention permet de remédier à ces inconvénients et a pour objet une transition permettant un couplage entre une ligne coplanaire et une ligne à rubans réalisées toutes les deux sur une même plaquette de substrat diélectrique. Selon une caractéristique de l'invention, la transition longitudinale entre une ligne coplanaire et une ligne à rubans, réalisées sur une même plaquette de substrat diélectrique et disposées selon un même axe longitudinal b , est constituée par une ligne de transmission de même axe longitudinal ss que les lignes coplanaire et à rubans. Cette ligne de transmission centrale est constituée d'un conducteur central et de deux bandes conductrices de masse placées symétriquement par rapport à l'axe n; en vis-à-vis du conducteur central, placés sur une première face de la plaquette diélectrique et d'une semelle conductrice couplée électriquement aux trois conducteurs précédents et placée sur une deuxième face de la plaquette opposée à la première. Un des avantages de l'invention est qu'elle assure l'isolement aux basses fréquences des parties réalisées en technologies coplanaire et à rubans grâce à l'interruption de la continuité électrique entre les plans de masse de ces différentes parties. Cet avantage ajouté à celui que présente une réalisation technologique simple confèrent à l'invention une grande utilité dans la réalisation de circuits intégrés hyperfréquences en raison de la plus grande possibilité d'intégration sur un même substrat. Un autre avantage de l'invention est l'amélioration des performances électriques des circuits intégrés hyperfréquences en raison de la diminution des conducteurs d'interconnexion. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, illustrée par les figures suivantes qui représentent: - la figure 1 : une transition de l'art antérieur; - la figure 2 : une transition selon l'invention; - la figure 3 : un autre type de réalisation d'une transition selon l'invention; - la figure 4 : un autre type de réalisation d'une transition selon l'invention; - la figure 5 : un autre type de réalisation d'une transition selon l'invention; - la figure 6 : un autre type de réalisation d'une transition selon l'invention. Dans les différentes figures, les éléments portant le même numéro sont identiques et leur description ne sera faite qu'une fois. On rappellera brièvement dans ce qui suit ce que l'on entend par ligne de transmission coplanaire et ligne de transmission à rubans. Une ligne coplanaire se compose d'un ruban métallique de faible épaisseur déposé sur la surface d'une plaquette de substrat diélectrique avec deux électrodes de masse placées parallèlement et de part et d'autre du ruban. Dans le texte, la notion de ligne à rubans recouvre deux possibilités: ou bien les deux rubans parallèles, situés de part et d'autre d'une plaquette de substrat diélectrique ont la même largeur constituant alors une ligne bifilaire ou bien les deux rubans n'ont pas la même largeur, le plus large étant alors le conducteur de masse, et ces deux rubans constituent une ligne microstrip. L'invention permet de réaliser un couplage entre différentes bandes ou plans conducteurs caractéristiques d'une propagation coplanaire et d'une propagation à rubans de façon à réaliser une transition entre une ligne coplanaire et une ligne à rubans présentant un coefficient de réflexion minimum dans une bande de fréquence donnée, et dans laquelle les conducteurs de masse de l'un et l'autre type de propagation n'ont aucun lien matériel entre eux. La figure 1 représente une transition de l'art antérieur. Une première plaquette I de substrat diélectrique comprend, sur une de ses faces une ligne coplanaire réalisée à partir d'un ruban conducteur central 2 et de deux zones conductrices 3 et 4 constituant le plan de masse de cette ligne. Une seconde plaquette 5 de substrat diélectrique, comprenant une ligne à rubans et réalisée à partir d'un premier ruban métallique 6 disposé sur une première face et d'un deuxième ruban 7 servant de conducteur de masse disposé sur une deuxième face opposée à la première, est appliquée par l'intermédiaire du ruban 7 sur la face de la plaquette 1 comprenant les zones conductrices 2, 3 et 4. Les zones 3 et 4 sont reliées électriquement dans la partie située sous la plaquette 5. La liaison entre le plan métallique 7 et le plan commun métallique 3 et 4 s'effectue à l'aide d'un assemblage permettant d'assurer une bonne conductibilité électrique entre ces différents plans (soudure, collage à l'aide de colle conductrice par exemple). Les axes des deux rubans 2 et 6 sont confondus et ces deux rubans sont reliés par un conducteur 8. La figure 2 représente une transition suivant l'invention. La ligne coplanaire et la ligne à rubans sont réalisées sur une même plaquette 9 de substrat diélectrique, leurs axes étant confondus. Sur une première face de la plaquette 9 est déposée une semelle conductrice 10 réalisant le plan de masse de la ligne à rubans et sur une seconde face opposée à la première sont déposés le ruban conducteur 11 de cette même ligne et les zones conductrices réalisant la ligne coplanaire, ainsi qu'une ligne de transmission centrale de longueur L1 reliant les deux lignés coplanaire et à rubans.La ligne coplanaire est réalisée par un ruban conducteur central 12 et deux zones conductrices latérales 13 et 14 constituant le plan de masse de cette ligne, de largeur L7 ou dimension suivant la direction perpendiculaire à la direction de propagation des signaux sur la ligne coplanaire. La ligne de transmission centrale est constituée par un ruban conducteur central 15 et par deux bandes conductrices de masse 16 et 17 de largeur L2 déterminée, disposées parallèlement de part et d'autre du conducteur central 15. Les bords respectifs 18 et 19 des deux bandes conductrices de masse 16 et 17 de la ligne de transmission centrale sont parallèles aux bords respectifs 20 et 21 des deux zones 13 et 14 du plan de masse de la ligne coplanaire. Ces trois conducteurs 15, 16 et 17 sont couplés électriquement à une semelle conductrice 22 de largeur déterminée, placée dans le prolongement du plan de masse 10 de la ligne à rubans et en contact avec celuici. La largeur L4 du conducteur central 15 est inférieure ou égale aux largeurs respectives L5 et L6 des rubans centraux des lignes coplanaires et à rubans. Le couplage électrique de la semelle conductrice 22 aux zones conductrices 15, 16 et 17 est défini par la longueur de recouvrement L3 de la semelle 22 par les zones 15, 16 et 17. La longueur de recouvrement L3 est définie selon la direction de propagation des signaux sur la ligne de transmission par l'intersection de deux longueurs, définies l'une à partir de l'extrémité de la ligne coplanaire et l'autre à partir de l'extrémité, en regard de cette dernière, de la ligne à rubans.La longueur L3 peut être inférieure ou égale à la longueur L1 séparant les deux lignes coplanaire et à rubans, une longueur L1 égale à L3 correspondant à un recouvrement maximum de la semelle conductrice 22 par les zones 15, 16 et 17 et à un couplage serré entre elles, une longueur L1 inférieure à L3 correspondant à un recouvrement partiel de la semelle 22 par les trois zones conductrices 15, 16 et 17 et à un couplage plus faible. Le choix de la valeur du paramètre L3, longueur de recouvrement, permet d'ajuster le couplage choisi pour la transition. Dans l'exemple de réalisation choisi pour la figure 2, les bandes 16 et 17 ont une longueur L1, -alors que la semelle conductrice 22 a une longueur inférieure à L1 si bien que la longueur de recouvrement L3 est inférieure à L1. Dans la partie à droite de l'axe AA', l'onde se propage dans une ligne coplanaire caractérisée par une largeur L7 des plans de masse presque infinie. Dans la partie comprise entre les axes AA' et BB', l'onde se propage selon un mode coplanaire caractérisé par une largeur L2 finie des plans de masse. Par déformation progressive des lignes de champ dues au couplage des conducteurs 15, 16, 17 et 18, dans la partie comprise entre les axes BB' et CC', il y a passage d'une onde coplanaire à une onde se propageant dans une ligne à rubans comme le montre la figure 3. La déformation des lignes de champ peut se faire encore plus progressivement en prolongeant la ligne de transmission centrale du coté de la ligne coplanaire d'une part et du coté de la ligne à rubans d'autre part respectivement par un tronçon de ligne coplanaire et un tronçon de ligne à rubans de largeurs réduites et de même axe ss que les autres lignes, comme cela est représenté figure 4. Entre les axes AA' et BB' est situé un tronçon de ligne coplanaire constitué d'un ruban conducteur central 23 et de deux bandes conductrices latérales 24 et 25 dont les arêtes respectives 26, 27 et 28 perpendiculaires à l'axe A de la ligne sont en vis-à-vis avec l'arête 29 de la semelle conductrice 22.La largeur L8 des bandes 24 et 25 est comprise entre la largeur L2 des bandes conductrices 16 et 17 de la ligne de transmission faisant la transition et la largeur L7 des zones conductrices 13 et 14 de la ligne coplanaire de même la largeur L9 du ruban central 23 est comprise entre les largeurs L4 et L & Entre les axes CC' et DD' est situé un tronçon de ligne à rubans constitué par le prolongement du ruban central 15 de la ligne de transmission réalisant la transition et une partie de la semelle conductrice 10 de la ligne à rubans. La longueur de recouvrement L3 est constituée ici par la longueur de la ligne de transmission comprise entre les axes BB' et CC'. Un autre moyen de déformer progressivement les lignes de champ de la ligne à rubans à la ligne coplanaire est de modifier les largeurs des bandes conductrices constituant la ligne de transmission de la transition. On vient de voir que cette modification peut être réalisée par paliers successifs; elle peut se faire aussi de façon continue comme le montre la figure 5 qui n'est qu'un exemple de réalisation non limitatif. Sur cette figure, la largeur L4 du ruban conducteur central 15 de la ligne de transmission croit continuement dans le sens ligne à rubans - ligne coplanaire, ce sens étant défini par la propagation d'un signal électromagnétique de l'entrée de la ligne à rubans vers la ligne coplanaire.La largeur L4 croît continuement d'une valeur inférieure à la largeur L5 du ruban conducteur 1 I de la ligne à rubans jusqu'à une valeur égale à la largeur L6 du ruban central 12 de la ligne coplanaire. De même la largeur L2 des zones conductrices 16 et 17 de la ligne de transmission croit continuement dans le sens ligne à rubans - ligne coplanaire, à partir d'une valeur inférieure à la largeur L7 des zones conductrices de masse 13 et 14 de la ligne coplanaire jusqu'à une valeur égale à L7, les bords respectifs 18 et 19 des zones 16 et 17 restant parallèles à l'axe ss des lignes de transmission. Là encore, la longueur de recouvrement L3 peut être inférieure ou égale à L1, selon que les zones conductrices 16 et 17 ou la semelle conductrice 22 ont une longueur égale à Lî. Dans tous les exemples de réalisation décrits auparavant, la largeur de la semelle conductrice 22 peut avoir une largeur variant suivant le couplage choisi pour réaliser la transition entre la ligne coplanaire et la ligne à rubans. Ainsi dans la figure 6, qui est un exemple de réalisation non limitatif, la largeur de la semelle conductrice 22 décroit dans le sens de la transition - ligne à rubans - ligne coplanaire -, à partir d'une valeur égale à la largeur du plan de masse 10 de la ligne à rubans jusqu'à une valeur nulle. La longueur de recouvrement L3 est encore définie par l'intersection de la longueur de la semelle conductrice 22 et de la longueur des bandes conductrices 16 et 17. Dans tous les cas de figures qui viennent d'être développés, la largeur du ruban constituant le plan de masse de la ligne à rubans peut être quelconque, c'est-à-dire très grande, réalisant ainsi une ligne dite microstrip, ou égale à la largeur de l'autre ruban, réalisant ainsi une ligne bifilaire constituée de deux conducteurs situés de part et d'autre d'un substrat diélectrique. La figure 7 montre un exemple de transition entre une ligne coplanaire et une ligne à rubans bifilaire. Le plan de masse 10 de la ligne à rubans a une largeur réduite à la largeur L5 du ruban conducteur 11. La largeur de la semelle conductrice 22 est telle qu'elle permet le couplage avec les trois zones conductrices 15, 16 et 17 de la ligne de transmission centrale ; sur la figure 7, la largeur est croissante suivant une série de paliers. La bande de fonctionnement du dispositif comprenant une transition suivant l'invention peut être augmentée par la mise en place d'éléments d'adaptation supplémentaires situés soit dans la partie coplanaire (transformateurs réalisés à partir de lignes de transmission ou lignes court-Çircuitées en parallèle sur la ligne de transmission coplanaire) soit dans la partie ligne à rubans. L'application de ce procédé permet d'atteindre un fonctionnement dans des bandes de fréquences telles que le rapport entre fréquence maximum et fréquence minimum de fonctionnement soit supérieur à 10. Un dispositif comportant une telle transition, permettant d'exciter à partir d'une ligne coplanaire une ligne bifilaire constituée de deux conducteurs situés de part et d'autre d'une plaquette diélectrique, peut être appliqué à l'excitation d'antennes à large bande, comme les antennes spirales par exemple. La figure 8 montre un exemple d'excitation d'une antenne spirale 23 par une ligne bifilaire 24 alimentée par une ligne coplanaire 25, la transition entre les deux étant réalisée selon l'invention. La plaquette diélectrique supportant la transition est inserrée dans un boîtier 26. L'antenne spirale 23 est percée afin que la ligne bifilaire 24 excite les spirales conductrices 27 de l'antenne 23. On a ainsi décrit une transition entre une ligne coplanaire et une ligne à rubans utilisable dans les microcircuits intégrés hyperfréquences combinant à la fois des fonctions réalisées en lignes coplanaires et des fonctions réalisées en lignes à rubans. Ce type de transition a l'avantage de présenter un coefficient de réflexion minimum dans une bande de fréquences donnée et dans laquelle les plans de masse de la ligne coplanaire et de la ligne à rubans n'ont aucun lien matériel entre eux, interrompant ainsi la continuité électrique entre ces plans de masse ce qui permet d'assurer l'isolement aux fréquences basses des parties réalisées en ligne coplanaire et en ligne à rubans. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transition entre une ligne de transmission coplanaire et une ligne de transmission à rubans parallèles, caractérisée en ce que ces deux lignes sont réalisées sur une même plaquette (9) de substrat diélectrique et disposées selon un même axe longitudinal ( lS ), une semelle conductrice (10) de largeur déterminée réalisant le plan de masse de la ligne à rubans étant sur une première face de la plaquette (9) et un ruban conducteur (11) de cette même ligne ainsi que la ligne coplanaire étant sur une seconde face opposée à la première, ces deux lignes de transmission étant reliées par une ligne de transmission centrale de longueur (L1) déterminée constituée par un ruban conducteur central (15) de même axe longitudinal ( ss ) et de largeur déterminée (L4) et par deux bandes conductrices de masse (16) et (17) de largeur (L2) déterminée disposées sur la deuxième face de la plaquette (9) symétriquement par rapport à l'axe ( ) et en vis-à-vis du conducteur central (15), ces trois conducteurs (15, 16 et 17) étant couplés électriquement à une semelle conductrice (22) de largeur déterminée placée dans le prolongement du plan de masse (10) de la ligne à rubans et en contact avec celui-ci. 2. Dispositif de transition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les trois zones conductrices (15, 16 et 17) de la ligne de transmission centrale sont couplées électriquement par recouvrement à la semelle conductrice (22), le couplage de cette semelle (22) aux zones conductrices (15, 16 et 17) étant défini par une longueur de recouvrement (L3) de la semelle (22) par les zones conductrices (15, 16 et 17). 3. Dispositif de transition selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux bords respectifs (18 et 19) des deux bandes conductrices (16 et 17) de masse de la ligne de transmission centrale, situés en regard du conducteur central (15), sont parallèles aux bords respectifs (20 et 21) des deux zones (13 et 14) du plan de masse de la ligne coplanaire, ces bords (20 et 21) étant situés eux-mêmes en regard du conducteur central (12). 4. Dispositif de transition selon la revendication 2, caractérisée en ce que le ruban conducteur central (15) de la ligne de transmission centrale est de largeur (L4) déterminée inférieure aux largeurs (L5 et L6) des deux rubans (11 et 12) conducteurs des deux lignes de transmission coplanaire et à rubans. 5. Dispositif de transition selon la revendication 3, caractérisée en ce que les deux bandes conductrices (16 et 17) de masse de la ligne de transmission centrale ont une largeur (L2) inférieure ou égale à la largeur (L7) des deux zones (13 et 14) du plan de masse de la ligne coplanaire. 6. Dispositif de transition selon la revendication 2, caractérisée en ce que la largeur (L2) du ruban conducteur central (15) de la ligne de transmission centrale crôit continuement dans le sens de la transition - ligne à rubans - ligne coplanaire - ce sens étant défini par la propagation d'un signal électromagnétique de l'entrée de la ligne à rubans vers la ligne coplanaire, la largeur (L2) croissant à partir d'une valeur inférieure à la largeur (L5) du ruban conducteur (11) de la ligne à rubans jusqu'à une valeur égale à la largeur (L6) du ruban central (12) de la ligne coplanaire. 7. Dispositif de transition selon la revendication 5, caractérisée en ce que la largeur (L2) des deux zones conductrices (16 et 17) de masse de la ligne de transmission centrale croît continuement dans le sens de la transition ligne à rubansligne coplanaire à partir d'une valeur inférieure à la largeur (L7) des zones conductrices de masse (13 et 14) de la ligne coplanaire jusqu'à une valeur égale à L7, les bords respectifs (18 et 19) des zones (16 et 17) restant parallèles à l'axe A des lignes de transmission. 8. Dispositif de transition selon la revendication 2, caractérisée en ce que la largeur (L4) du ruban conducteur central (15) de la ligne de transmission centrale croit par paliers successifs dans le sens de la transition ligne à rubans-ligne coplanaire, à partir d'une valeur inférieure à la largeur (L5) du ruban conducteur (11) de la ligne à rubans jusqu'à une valeur égale à la largeur (L6) du ruban central (12) de la ligne coplanaire. 9. Dispositif de transition selon la revendication 7, caractérisée en ce que la largeur (L2) des deux zones conductrices (16 et 17) de masse de la ligne de transmission centrale croît par palliers successifs correspondant aux paliers du ruban conducteur central (15) dans le sens de la transition ligne à rubans-ligne coplanaire, à partir d'une valeur inférieure à la largeur (L7) des zones conductrices de masse (13 et 14) de la ligne coplanaire jusqu'à une valeur égale à L7, les bords respectifs (18 et 19) des zones (16 et 17) restant parallèles à l'axe fl des lignes de transmission. 10. Dispositif de transition selon la revendication 8, caractérisée en ce que les deux zones conductrices de masse (16 et 17) de la ligne de transmission centrale présentent chacune un palier (24, 25) placé en regard l'un de l'autre, le palier ayant une largeur (L8) inférieure à la largeur (L7) des zones conductrices de masse (13 et 14) de la ligne coplanaire, les arêtes (27 et 28) de chaque palier perpendiculaires à l'axe de la ligne étant en regard avec l'arête (29) de la semelle conductrice (22) couplée à la ligne. 11. Dispositif de transition selon la revendication 8, caractérisée en ce que le conducteur central (15) de la ligne de transmission centrale présente un palier (23) placé en vis-à-vis des paliers (24 et 25) des zones conductrices de masse (16 et 17) de cette ligne, de largeur (L9) inférieure à la largeur (L6) du ruban conducteur central (12) de la ligne coplanaire et tel que son arête (26) perpendiculaire à l'axe ( ) de la ligne est en regard avec l'arête (29) de la semelle conductrice (22) couplée à la ligne. 12. Dispositif de transition suivant les revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la largeur de la semelle conductrice (22) couplée à la ligne de transmission centrale décroît dans le sens de la transition ligne à rubans-ligne coplanaire à partir d'une valeur égale à la largeur de la semelle conductrice (10) de la ligne à rubans jusqu'à une valeur nulle au niveau de la ligne coplanaire. 13. Dispositif de transition selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la largeur de la semelle conductrice (10) de la ligne à rubans est égale à la largeur (L5) du ruban conducteur (11) de cette même ligne, formant ainsi une ligne bifilaire à rubans parallèles de même largeur et en ce que la largeur de la semelle conductrice (22) de la ligne de transmission centrale permet le couplage avec les trois bandes conductrices (15, 16 et 17) de cette même ligne. 14. Circuit hyperfréquence intégré utilisant une ou plusieurs transitions selon l'une des revendications 1 à 9. 15. Antenne à large bande utilisant une ou plusieurs transitions selon l'une des revendications 1 à 10. 16. Antenne spirale utilisant une ou plusieurs transitions selon l'une des revendications 1 à 10.