Brevet FR2531575A1 — publié le 19840210

DISPOSITIF DE TRANSITION GUIDE D'ONDES A DOUBLE REDAN-LIGNE COAXIALE EN BOUT ET CIRCUIT HYPERFREQUENCE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne un dispositif de transition d'un guide d'ondes à double redan à une ligne coaxiale en bout, assurant une adaptation d'impédance satisfaisante entre les deux lignes de transmission sur une large bande de fréquences Elle concerne également tout Circuit hyperfréquence comportant un tel dispositif. Dans les systèmes de transmission hyperfréquence, -on utilise des dispositifs de transmission de types différents connus tels que lignes coaxiales ou guides d'ondes Ces guides d'ondes peuvent être de forme simple, rectangulaire ou circulaire, ou plus compliquée, s'ils comprennent des redans qui augmentent de façon très sensible leur bande passante et diminuent leur impédance pour le mode dominant TE 10 Une ligne coaxiale et un guide d'ondes présentent bien entendu des répartitions différentes du champ électroma- gnétique Pour coupler ces deux dispositifs, il est donc nécessaire d'utiliser un dispositif de transition qui modifie progressivement les lignes de champ tout en adaptant au mieux les impédances Il existe différents dispositifs de transition, selon la forme du guide d'ondes à raccorder ou selon la largeur de la bande passante du guide, On peut par exemple citer le dispositif de transition décrit dans un article de M M TAKAKIYO NAKAGAMI, HIROYUKI YATSUKA, MASAYUKI ISHIZATKI paru dans FUJITSU SCIENTIFIC AND TECHNICAL JOURNAL de décembre 1978 et intitulé: "Millimeter wave inte- grated circuits using alumina substrates" Dans ce dispositif de transition entre un guide d'ondes à simple redan progressif et une ligne coaxiale, un substrat, sur lequel est gravée une ligne à rubans dissymétriques, dite "ligne microstrip", est pincé entre le redan progressif et le grand côté opposé du guide d'ondes Ce dispositif est uniquement applicable aux guides d'ondes à simple redan. Si la ligne coaxiale à raccorder est placée dans un plan perpendiculaire à l'axe du guide d'ondes, on peut utiliser un dispositif de transition dit "perpendiculaire" à plongeur, même dans le cas d'un guide d'ondes à double redan Mais un tel dispositif ne peut pas être utilisé dans le cas o la ligne coaxiale se présente en bout par rapport à l'axe du guide d'ondes. L'objet de la présente invention est un dispositif de transition entre un guide d'ondes à double redan et une ligne coaxiale en bout. Le dispositif de transition entre un guide d'ondes à double redan et une ligne coaxiale en bout, objet de la présente invention, dans lequel un substrat, sur chaque face duquel un ruban conducteur est gravé, est pincé entre de'ux coquilles formant un guide d'ondes dont la forme est analogue à celle du guide à raccorder et qui sont symétriques par rapport au plan de symétrie passant entre les redans de celui-ci, est caractérisé en ce que les deux rubans conducteurs, longitudinaux par rapport au guide d'ondes, constituent, du côté de la ligne coaxiale, une ligne "microstrip" dans laquelle le ruban de plus faible largeur est raccordé au conducteurd central de la ligne coaxiale et l'autre ruban constitue le plan de masse et dont l'impédance caractéristique est égale à celle de la ligne coaxiale, et du côté du guide -d'ondes à redans à raccorder, une ligne bifilaire dont la largeur est égale à celle des redans du guide, des moyens adaptant Pimpédance de la ligne "microstrip" à celle de la ligne bifilaire. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée faite ci-après avec référence aux figures ci- annexées qui représentent: la figure 1, une vue latérale en coupe d'un dispositif de transition de l'art antérieur; la figure 2, un mode de réalisation du dispositif de transition suivant l'invention; la figure 3, une vue de dessus, en coupe, du dispositif de la figure 2; la figure 4, une vue latérale, en coupe, du dispositif de la figure 2. La figure 1 représente un exemple de dispositif de transition de l'art antérieur, entre un guide d'onde à simple redan progressif et une ligne coaxiale en bout Ce dispositif comporté un substrat 1 sur lequel est gravée une ligne "microstripl 2 raccordée à une de ses extrémités à la ligne coaxiale 3 La ligne 2 est pincée, en son autre extrémité, par une patte 4 disposée entre le redan progressifs et le guide 6 La patte 4 exerce une certaine pression sur la ligne microstrip 2 Ses dimensions ont été déterminées expérimenta- lement afin de minimiser le taux d'ondes stationnaires à l'entrée du guide Ce dispositif de transition est utilisé dans le cas des guides d'ondes à simple redan. La figure 2 représente une vue en perspective d'un dispositif de transition conforme à l'invention entre une ligne coaxiale 19 et un guide d'ondes à redans 20. Il comporte un guide d'ondes de forme et de dimensions analogues-à celles du guide à raccorder Il-est constitué de deux coquilles identiques supérieure 15 a (non représentée) et inférieure 16 a, serrées face à face à l'aide des vis ll Entre ces coquilles est pincé un substrat 12 -Il comprend ensuite un tronçon d'adaptation: formé par un guide d'ondes, également constitué de deux coquilles identiques supérieure 15 b et inférieure 16 b, chacune étant munie d'un redan, respectivement 17 et 18 Les coquilles 15 b et 16 b sont serrées face à face par des vis 11 et forment, à leur extrémité qui n'est pas en contact avec les coquilles 15 a/l Ga, un élément de jonction 21 permettant de raccorder le guide 20. Chaque face du substrat 12 présente un ruban conducteur, longitudinal par rapport aux guides d'ondes Ces deux rubans for- ment, du côté de la ligne coaxiale 19 % une ligne "microstrip P' dans laquelle le ruban de plus faible largeur 13 a est connecté au conducteur central de la ligne 19, l'autre ruban 14 a constituant le plan de masse et étant de largeur au moins égale au triple de celle du ruban 13 a L'impédance caractéristique de la ligne 13 a/14 a est égale à celle de la ligne coaxiale 19, soit 50 x pour une ligne coaxiale classique. Du côté du guide d'ondes 20 à raccorder, les deux rubans conducteurs portés par le substrat 12 formnent une ligne bifilaire 13 b/14 b dont la largeur est égale à celle des redans 17 et 18 du tronçon d'adaptation 15 b/16 b et à celle des redans du guide 20. Le substrat 12 et la ligne bifilaire 13 b/14 b sont pincés entre les redans 17 et 18 sur une longueur égale à la moitié de la longueur d'onde 'mrn correspondant à la fréquence centrale de la gamme de fréquences du guide 20 Des moyens 23 permettent d'adapter l'impé- dance de la ligne "microstrip" 13 a/14 a à l'impédance de la ligne bifilaire 13 b/14 b Ces moyens 23 peuvent être un transformateur d'impédance, progressif suivant une certaine loi, formé en faisant évoluer la largeur des deux rubans conducteurs de 13 a à 13 b et de 14 a à 14 b respectivement La loi utilisée pour l'adaptation progres- sive de l'impédance peut être en Dolph-Tchebycheff par exèmple, ce qui présente l'avantage de maintenir le taux d'ondes stationnaires constant sur la bande de fréquences du guide. La figure 3 est une vue du dessus du dispositif représenté en figure 2, les coquilles supérieures 15 a et 15 b ayant été enlevées. Le substrat 12 est pincé entre les coquilles 15 b (non repré- sentée) et 16 b et la ligne bifilaire entre les redans 17 (non représenté) et 18 La largeur du substrat 12 diminue progressi- vernent sur une longueur égale au quart de la longueur d'onde moyenne ?m de la bande de fréquences considérée jusqu'à être égale à la largeur du redan 18 et de la ligne bifilaire 13 b/14 b et, à nouveau sur une longueur de m/4 continue de diminuer, ensemble avec la largeur de la ligne bifilaire 13 b/14 b, jusqu'à être égale à lmm environ, ceci afin de passer progressivement d'un intervalle entre redans rempli de diélectrique à un intervalle sans diélectrique. La figure 4 représente une vue latérale en coupe du dispositif selon l'invention représenté en figure 2 Le ruban conducteur 13 a/13 b est connecté au conducteur central de la ligne coaxiale 19. Avec la plaque conductrice 14 a/14 b il forme du côté de la ligne coaxiale 19 une ligne "microstrip" dont le plan de masse est 14 a et du côté du guide d'ondes 20, une ligne bifilaire qui est pincée entre les deux redans 17 et 18 des coquilles 15 b/16 b sur une longueur de t m/2 Les deux coquilles 15 b/16 b forment un tronçon d'adaptation dans lequel la hauteur 24 entre lés redans 17 et 18 est égale a l'épaisseur du substrat 12 avec ligne bifilaire 13 b/14 b, sur une longueur de ?àm/2 puis varie progressivement de façon à adapter l'impédance du tronçon d'adaptation, au niveau de l'extrémité de la ligne bifilaire 13 b/ 14 b, à l'impédance du guide d'ondes 20 afin de minimiser le taux d'ondes stationnaires à l'entrée de celui-ci. L'adaptation d'impédance dans le tronçon 15 b/16 b peut être par exemple en Dolph-Tchebycheff. A titre d'exemple pour raccorder une ligne coaxiale 50 N à un guide d'ondes travaillant dans la bande de fréquences X-Ku de 6,8 à 18 G Hz, un substrat de constante diélectrique ER = 2,2 et d'épais- seur 0,8 mm assure un bon fonctionnement à 18 G Hz Dans ce cas, le ruban 13 a a une largeur de 2 e 3 mm à son extrémité connectée à la ligne coaxiale 19 Ceci donne à la ligne "microstrip"I 13 a/14 a une impédance caractéristique de 50 X Le dispositif de transition conforme à l'invention présente entre autres avantages une très grande facilité de montage et de démontage. Il a été représenté à titre d'exemple un dispositif de transition entre une ligne coaxiale et un guide d'ondes rectangulaire à double redan Mais la présente invention est également applicable aux guides d'ondes circulaires à double redan. Le dispositif de transition, objet de la présente invention trouve sa principale utilisation dans tout circuit hyperfréquence. REVENDICATIONS 1 Dispositif de transition entre un guide d'ondes à double redan et une ligne coaxiale en bout, dans lequel le substrat, sur chaque face duquel un ruban conducteur est gravé, est pincé entre deux coquilles formant un guide d'ondes dont la forme est analogue à celle du guide à raccorder et qui sont symétriques par rapport au plan de symétrie passant entre les redans de celui-ci, dispositif caractérisé en ce que les deux rubans conducteurs, longitudinaux par rapport au guide d'ondes, constituent du côté de la ligne coaxiale ( 19), une ligne "microstrip" ( 13 a/14 a) dans laquelle le ruban ( 13 a) est raccordé au conducteur central de la ligne coaxiale ( 19) et l'autre ruban ( 14 a) constitue le plan de masse et dont l'impédance caracté- ristique est égale à celle de la ligne coaxiale, et du côté du guide d'ondes à redans ( 20) à raccorder, une ligne bifilaire ( 13 b/14 b) dont la largeur est égale à celle des redans du guide ( 20), des moyens ( 23) adaptant l'impédance de la ligne "microstrip" ( 13 a/14 a) à celle de la ligne bifilaire ( 13 b/ 114 b). 2 Dispositif de transition selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de la ligne bifilaire ( 13 b/14 b) et du substrat ( 12) sur laquelle elle est gravée sont pincés entre les redans ( 17 et 18) d'un guide d'ondes d'adaptation, également formé de deux coquilles identiques ( 15 b/16 b) dans lequel la largeur des redans ( 17 et 18) est égale à celles des redans du guide ( 20) et dans lequel la hauteur entre les redans ( 17 et 18) est égale à l'épaisseur du substrat ( 12) sur une longueur égale à la moitié de la longueur d'onde moyenne À m correspondant à la fréquence centrale de la bande de fréquences du guide d'ondes ( 20) puis varie jusqu'à atteindre la hauteur entre redans du guide ( 20). 3 Dispositif de transition selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ligne bifilaire ( 13 b/14 b) et le substrat ( 12) sont pincés, sur une longueur égale à la moitié de la longueur d'onde moyenne m dans la bande de fréquence considérée, entre les redans ( 17 et 18) du guide d'ondes d'adaptation ( 15 b/16 b). 4 Dispositif de transition selon la revendication 3, caractérisé en ce que la largeur du substrat ( 12) décroît progressivement sur une longueur m/4 jusqu'à atteindre la largeur de la ligne bifilaire ( 13 b/14 b) et continue de décroître progressivement, ensemble avec la largeur de la ligne bifilaire ( 13 b/14 b) sur une longueur de m/4/ o Dispositif de transition selon la revendication 1, caractérisé- en ce que les moyens d'adaptation ( 23) sont constitués par un transformateur d'impédance progressif suivant une certaine loi et formé en faisant varier la largeur des deux rubans conducteurs ( 13 a à 13 b et 14 a à 14 b). 6 Dispositif de transition selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'impédance de la ligne "microstrip" ( 13 a/14 a) évolue. suivant une loi en Dolph-Tchebycheff jusquà être égale à celle de la ligne bifilaire ( 13 b/14 b). 7 o Dispositif de transition selon la revendication 2, caractérisé en ce que la variation de la hauteur ( 24) entre les redans ( 17 et 18) est telle que l'impédance du guide &ondes d'adaptation ( 15 b/16 b), au niveau de l'extrémité de la ligne bifilaire ( 13 b/14 b)> évolue suivant une certaine loi jusqudà ce qu'elle soit égale à celle du guide d'ondes ( 20) o 8 Dispositif de transition selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'impédance du guide d'adaptation ( 15 b/16 b) suit une loi en Dolph-Tchebycheff 9 Circuit hyperfréquence de connexion comportant un dispo- sitif de transition selon l'une quelconque des revendications précé- dentes.