Brevet FR2492595A1 — publié le 19820423

Montage de détecteur-de micro-ondes. La présente invention concerne un montage de détecteur de micro-ondes à large bande comprenant une diode détectrice. La gamme de fréquences de fonctionnement d'un montage de détecteur dans un guide d'ondes est essentiel- lement limitée (si l'on suppose un fonctionnement dans le mode dominant) à une bande comprise entre les fréquences de coupure du mode dominant et du mode suivant d'ordre plus élervé, Un montage de détecteur dans une ligne de trans- mission peut être mis en oeuvre sur une gamme de fi'équen- ces plus large, en particulier une gamme descendant jusqu'aux basses fréquences de micro-ondes. (Par le terme "ligne de transmission", on entend un moyen pour propager une onde TEM ou quasi TEM). Il est en général souhaitable qu'un montage de détecteur ne réfléchisse pas une forte proportion de l'énergie incidente;il est évidemment aussi souhaitable que la diode détectrice elle-même absorbe une proportion assez importante de l'énergie incidente et la convertisse aux fréquences vidéo. L'impédance d'une diode détectrice peut différer fortement de l'impédance caractéristique d'une ligne de transmission à laquelle elle est connectée et ces critères peuvent s'avérer contradictoires. Un mon. tage qui convient pour des fréquences de micro-ondes assez basses est décrit dans le brevet anglais no. 1.385.111. Dans ce montage, une diode ayant une impédance de 200 à 300 ohms est connectée à une ligne de transmission de 50 ohms par l'intermédiaire d'une capacité à faible impé- dance et connectée en parallèle à une résistance de 75 ohms. Ceci ne convient cependant pas pour des fréquences proches de la fréquence de résonance série de la diode détectrice; dans la région de cette fréquence, la diode shunte la résistance de 75 ohms avec une faible impé- dance, ce qui provoque und discordance grave. L'invention a pour but de procurer un montage de détecteur de micro-ondes à large bande qui soit à même de fonctionner à des fréquences situées dans la région de la fréquence de résonance série de la diode détectrice ainsi qu'à des fréquences sensiblement inférieures et/ou supérieures à la fréquence de résonance série, le montage présentant, dans sa largeur de bande de fonctionnement, un rapport d'amplitudes dé tensions d'ondes stationnaires acceptable tandis que la diode détectrice elle-m9me peut absorber une proportion raisonnable de l'énergie inci- dente. Suivant l'invention, un montage de détecteur de micro-ondes à large bande comprend une diode détec- trice et une première partie de ligne de transmission (comme défini plus haut), cette partie présentant une impédance caractéristique ZO et le montage permettant de détecter de l'énergie de micro-ondes dans la première partie de ligne de transmission à des fréquences situées dans la région de la fréquence de résonance série fo de la diode et à des fréquences sensiblement inférieures et/ou supérieures à fO, la premièrepartieceligne de trajnmis- sion étant terminée par un réseau de plusieurs impédances comprenant une première résistance sensiblement infé- rieure à Z0 en série avec la combination parallèle de la diode et d'une deuxième résistance qui n'est pas sensiblement inférieure à ZO, et comprenant également au moins une capacité par laquelle la diode est con- nectée à la première partie de ligne de transmission, de sorte que la partie résistive de l'impédance de termi- naison présentée par le réseau est principalement déter- minée par la somme de la première et de la deuxième ré- sistance à des fréquences différant sensiblement de f o et par la première résistance à des fréquences situées dans la région de f La capacité peut ttre connectée en série avec la diode et en parallèle avec la deuxième résistance; le montage peut comprendre une autre capacité en série avec la première résistance et avec la combinaison pa- rallèle pour garantir l'isolement en courant continu de la première partie de ligne de transmission. Le montage peut comprendre une ou plusieurs parties de ligne de transmission interconnectant des impedances du réseau. Ceci peut atténuer une discordance à l'intérieur du montage de détecteur. La ligne de transmission est avantageusement une ligne coplanaire. (Une telle ligne est parfois qua- lifiée de guide d'ondes coplanaire en abréviation CPW). Une ligne coplanaire peut être construite en n'importe quelles dimensions commodes appropriées à la gamme de fréquences de fonctionnement du montage de détecteur et permet à la première et/ou à la deuxième résistance d'avoir la forme d'une pellicule mince et aux connexions à l'intérieur du montage d'gtre de longueur minimale, ré- duisant ainsi les impédances concentrées efficaces des connexions. On peut alors obtenir des valeurs souhaitées pour la première et/ou la deuxième résistance simplement en choisissant une résistance appropriée par carré, in- dépendamment de l'échelle de construction de la ligne. En particulier, la ligne peut -tre très petite de manière à convenir pour des fréquences de micro-ondes élevées, les limites n'étant fixées que par la technologie requise pour-la fabrication microminiaturisée et par la dimension physique des diodes détectrices disponibles. Les parties de ligne sont avantageusement dis- posées sur un substratcommun et ont un plan de base commun. La première résistance peut ttre d'une pièce avec le conducteur central d'une partie de ligne copla- naire, par exemple sous la forme d'une couche de métal résistif qui constitue également une couche de "ger- mination" pour le dépôt sous vide d'une autre couche de métal de bonne conductivité pour le conducteur central. Une dite autre partie de ligne de transmission, qui est une ligne coplanaire, peut connecter la première et la deuxième résistance l'une à l'autre et un conduc- teur de mise à la masse peut s'étendre le long des deux côtés du conducteur central de cette autre partie de ligne coplanaire et autourde l'extrémité éloignée de la première résistance du conducteur central. Ceci permet d'obtenir une configuration particulièrement compacte. La deuxième résistance peut s'étendre entre l'extrémité du conducteur central et le conducteur de mise à la masse et est, de préférence, d'une seule pièce avec celui-ci. La première résistance est avantageusement en substance de 2Z0/3 et la deuxième résistance est avanta- geusement en substance de 3Z0/2. Des formes d'exécution de l'invention seront décrites ci-après, à titre d'exemple, avec référence au dessin schématique annexé, dans lequel: la Fig. 1 est une vue en plan d'un montage de détecteur de micro-ondes conforme à l'invention; la fig. 2 illustre und modification d'une partie de la forme d'exécution de la Fig. 1, et la Fig. 3 est un schéma de circuit équivalent du montage. Le montage de détecteur représenté sur la Fig. 1 est constitué, dans une mesure substantielle, d'une ligne coplanaire sur un substrat diélectrique 1. La to- talité de la surface principale du substrat 1 qui apparait sur la figure est couverte d'un plan de masse conducteur 2 à l'exception d'une fente en U qui s'étend horizontale- ment en travers de la figure à partir de son bord gauche; des conducteurs en bande s'étendent sur le substrat dans la fente et le long de celle-ci et sont espacés des bords de la fente pour former des parties de ligne coplanaire. Un conducteur en bande 3 d'une première partie de ligne coplanaire fournit, en service, des signaux à détecter par le montage. La ligne est terminée par un réseau de trois impédances interconnectées en série, les impédances étant, respectivement, une capacité 4, une première ré' sistance 5 et une deuxième résistance 6. Les résistances sont formées par des couches résistives uniformes. La ca- pacité 4 et la résistance 5 sont interconnectées par une deuxième partie de ligne coplanaire comprenant un conduc- teur en bande 7, et les résistances 5 et 6 sont connectées l'une à l'autre par une troisième partie de ligne co- planaire comprenant un conducteur en bande 8. Le plan de masse 2 est commun aux trois parties de ligne coplanaire. Une diode détectrice à connexions portantes 9 est disposée au-dessus du substrat sur la deuxième résis- tance 6. Un conducteur 9A de la diode est connecté au conducteur en bande 8; l'autre conducteur 9B est connecté à une plaque d'un condensateur 10 qui est à son tour con- nect6 par l'intermédiaire d'une ligne de transmission par induction 11 à une plaque d'un autre condensateur 12 pour former un filtre passeobas. Les conducteurs en bande 3 et 7 de la première et de la deuxième partie de ligne coplanaire comportent des bords transversaux 3A et 7A, respectiment, qui sont étroitement adjacents mais espacés l'un de l'autre. La capacité 4 comprend une couche 13 de matière diélectrique recouvrant directement les conducteurs en bande 3 et 7 ainsi que le substrat près de leurs bords latéraux. Sur la couche diélectrique est prévu un autre conducteur en bande qui est en ligne avec les conducteurs en bande 3 et 7 pour former les condensateurs correspondants avec ceux-ci: la-capacité 4 comprend donc deux condensateurs en série l'un avec l'autre. Le filtre passe-bas connecté à la diode 9 comprend de manière analogue une couche 15 de diélectrique sur le plan de masse 2, un conducteur 16 sur la couche diélectrique étant façonné de manière à former une plaque de chacun des condensateurs 10 et 12 et un conducteur en bande étroit d'interconnexion de la ligne de transmission 11. Dans le montage représenté sur la Fig. 1, la 24925.95 couche résistive formant la résistance 6 ne s'étend qu'entre l'extrémité du conducteur en bande 8 et le plan de masse 2, cette couche ayant une résistivité uniforme. Dans la modification représentée sur la Fig. 2, la couche résistive s'étend également entre chaque coté du conduc- teur 8 et le plan de masse 2 et la résistance est graduelle de sorte que la résistivité de la couche augmente avec la distance mesurée à partir de l'extrémité du conducteur éloignée de la première résistance 5, par exemple jusqu'à un maximum de 1.000 ohms par carré. La Fig. 3 est un schéma de circuit équivalent dans lequel les éléments sont désignés par les chiffres de référence correspondants de la Fig. 1. Il apparaît que la diode 9 est connectée en parallèle avec la seconde résistance 6 (de sorte que le courant qui traverse le ré- seau terminal en provenance de la première partie de ligne de transmission formée par le conducteur en bande 3 et le plan de masse 2 se répartit entre la résistance 6 et la diode); que cette combination parallèle est connectée en série avec la première résistance 5 et avec la capacité 4; et que la diode est connectée à la première partie de ligne par l'intermédiaire de la capacité 4 et de la capa- cité 10, de sorte que du courant passant par la diode en provenance de la ligne traverse chaque capacité. La Fig. 3 n'illustre pas le circuit équivalent de la diode détectrice elle-m9me, mais peut être considé- rée comme comprenant une résistance série (qui pour des diodes à connexions portantes pour micro-ondes est norma- lement comprise entre 5 et 10 ohms) et la combinaison- d'une inductance et d'une capacité en série. Pour des diodes à connexions portantes pour micro-ondes, cette résistance série est normalement comprise entre 5 et 10 ohms et la fréquence de résonance série fo (pour laquelle les impédances de cette inductance et de cette capacité sont drégales grandeurs, mais de signes opposes) est nor- malement comprise entre 30 et 40 GHz lors d'un montage dans le circuit. A des fréquences sensiblement inférieures et supérieures à f, par exemple inférieures à 20 GHz et supérieures à 40 GHz pour une fréquence f de 30 GHz, la diode a une impédance élevée qui est surtout due, respec- tivement, à sa capacité et à son inductance; à des fré- quences voisines de fo, la diode a une impédance basse qui est surtout due à sa résistance série. Cela étant, à des fréquences sensiblement inférieures et supérieures à fo, l'impédance de terminaison présentée par le réseau à la première partie de ligne de transmission est prin- lO cipalement déterminée par la somme de la première et de la seconde résistance, la diode servant de détecteur de tension, et à des fréquences voisines-de ft, L'impidance de terminaison du réseau est principalement déterminée par la première résistance, la diode servant de détecteur de courant. Les valeurs choisies pour la première et la deuxième résistance représentent un compromis entre la maximalisation de l'énergie absorbée par la diode et l'obtention d'un rapport d'amplitudes de tensions d'ondes stationnaires; on a constaté que des valeurs appropriées sont de 33 ohms et de 75 ohms, respectivement, pour un intervalle de fonctionnement allant d'une valeur sen- siblement inférieure à f à une valeur sensiblement o supérieure à fú0 La sortie de la diode détectrice (aux fréquences vidéo) peut passer par une capacité connectée entre la diode et la première partie de ligne de transmission. Dans la réalisation de la Fig. 1, deux capacités de ce genre sont prévues, à savoir la capacité 4 et le conden- sateur 10; dans ce cas, la sortie de la diode passe par le condensateur 10, la capacité 4 assurant l'isolation de courant continu et de basse fréquence. Un montage de détecteur tel que représenté sur la Fig. 1 a été réalisé de la manière suivante. Le substrat 1 est de l'alumine de X de mm d'épaisseur. Deux couches de métal sont déposées sous vide sur la totalité de la surface du substrat utilisée pour le montage: en premier lieu, une couche de "germination" d'alliage de nickel-chrome présentant une résistivité de 100 ohms par carré a été produite par sublimation et en second lieu, une couche d'or de 300 nm d'épaisseur a été produite par évaporation. L'or a ensuite été appliqué par électrodépo- sition jusqu'à une épaisseur totale de 2 microns. Les con- ducteurs 2, 3, 7 et 8 et les résistances 5 et 6 ont alors été fonnés à partir des couches métalliques par photoli- thographie. De la silice a- ensuite été projetée à travers un masque pour former les couches diélectriques 13 et 14 d'une épaisseur de 2 microns1 Finalement, les conducteurs 14 et 16 ont été formés par dépôt sous vide, à travers un masque, d'un alliage de nickel-chrome et d'or, comme dé- crit plus haut, l'or étant ultérieurement appliqué par électrodéposition. La diode à connexions portantes a été connectée par jonction obtenue par thermocompression. La résistance graduelle représentée sur la Fig. 2 a été produite par attaque au moyen d'un faisceau d'ions d'une couche résistive à une allure réglée qui est modifiée le long de la résistance. Une forme d'exécution de la réalisation re- présentée sur a Fig. 1 a été éprouvée à des fréquences allant jusqu'à 40 GHz; un fonctionnement satisfaisant a été obtenu jusqu'à cette fréquence, l'atténutation étant meilleure que 10 dB (ce qui implique un rapport d'ampli- tudes de tensions d'ondes stationnaires meilleur que 2:1), et semble persister jusqu'à des fréquence bien plus élevées. Des essais ont été effectués avec un certain nombre de diodes différentes y compris des diodes alpha du type DC6606 et Lewlett-Packard 5082-2716 et 5082-2764; le rendement du circuit est en substance le m9me dans tous les cas. REVENDICATIONS: 1. Montage de détecteur de micro-ondes à large bande comprenant une diode détectrice et une première par- tie de ligne de transmission (comme défini plus haut), cette partie présentant une impédance caractéristique Zo et le montage permettant de détecter de l'énergie de micro-ondes dana la première partie de ligne de trans- mission à des féquences situées dans la région de la fréquence de résonance série fo de la diode et à des fré- quences sensiblement inférieures et/ou supérieures à fre caractérisé en ce que la première partie de ligne trans- mission est terminée par un réseau de plusieurs impédances comprenant un première résistance sensiblement inférieure à Z en série avec la combination parallèle de la diode, o et une deuxième résistance qui n'est pas sensiblement in- férieure à Zo, et comprend également au moins une capaci- té par laquelle la diode est connectée à la première par- tie de ligne de transmission, de sorte que la partie ré- sistive de l'impédance de terminaison présentée par le réseau est principalement déterminée par la somme de la première et de la deuxième résistance à des fréquences différant sensiblement de f et par la première ré- sistance à des fréquences situées dans la région de f o 2. Montage de détecteur suivant la revendication 1i caractérisé en ce qu'une capacité est connectée en série avec la diode et en parallèle avec la deuxième résistance. 3. Montage de détecteur suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une autre capacité en série avec la première résistance et avec la combina- tion parallèle. 4. Montage de détecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs autres parties de ligne de trans- mission interconnectant des impédances du réseau. 5. Montage de détecteur suivant l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce que la ligne de transmission est une ligne coplanaire. 6. Montage de détecteur suivant la revendication découlant de la revendication 4, caractérisé en ce que les parties sont situées sur un substrat commun et ont un plan de base commun. 7. Montage de détecteur suivant la revendication ou 6, caractérisé en ce que la première résistance est d'une pièce avec le conducteur central d'une partie de ligne coplanaire. 8. Montage de détecteur suivant les revendications 4 et 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que la dite autre par- tie de ligne de transmission, qui est une ligne copla- naire, interconnecte la première et la deuxième résistance et un conducteur de masse s'étend le long des deux c8tés de l'extrémité eloignée de la première résistance du con" ducteur central de cette autre partie de ligne coplanaire et autour de cette extrémité. 9. Montage de détecteur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la deuxième résistance s'étend entre la dite extrémité du conducteur central et le con- ducteur de masse. 10. Montage de détecteur suivant la revendication 9, caractéris4 en ce que la deuxième résistance est d'une pièce avec le conducteur central et le conducteur de masse. 1. Montage de détecteur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la deuxième résistance s'étend également entre chaque côté du conducteur central et le conducteur de masse, la résistance par carré augmentant avec la distance mesurée à partir de cette extrémité. 12. Montage de détecteur suivant la revendication 9, 10 ou 11, caractérisé en ce que la diode est disposée au-dessus de la deuxième résistance. il 13. Montage de détecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la pre- mière résistance est en substance de 2Z /3. 14. Montage de détecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la deu- xième résistance est en substance de 3Z /2.