Brevet FR2531274A1 — publié le 19840203

Dispositif combinateur de puissance pour oscillateur ou amplificateur à micro-ondes. La présente invention a pour objet un disposi- tif combinateur de puissance pour un oscillateur ou am- plificateur à micro-ondes, Dans les dispositifs combinateurs de ce type connus, plusieurs éléments actifs sont couplés à une mê- me charge d'utilisation par l'intermédiaire de cavités métalliques cylindriques ou parallélépipédique, ou bien encore par l'intermédiaire d'un transformateur quart d'onde à impédance constante sur sa longueur Dans le cas de couplage par cavité, il est en particulier connu de disposer les éléments actifs sur le pourtour de la cavité, notamment dans des encoches prévues à cet effet. La présente invention a pour but de fournir un dispositif combinateur plus simple, moins encombrant et moins onéreux que les dispositifs existants O Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que les moyens de couplage entre les éléments actifs et une charge d'utilisation comportent au moins une ligne radiale à secteur, chargée, le long de son bords d'extrémité en arc, par les éléments actifs et re- liée ou couplée, à son autre extrémité, à la charge d'utilisation. La ligne radiale à secteur peut être du type microruban ("microstrip"), coplanaire ou triplaque. Les différents éléments actifs ont de préfé- rence des caractéristiques aussi proches que possible les unes des autres A cet effet, on utilisera par exem- ple des éléments semi-conducteurs issus d'une même pla- quette et utilisés sans bottier, celui-ci apportant une dispersion supplémentaire indésirable des caractéristiques. De façon classique, les éléments actifs utili- sés peuvent être des éléments présentant une résistànce négative dans des conditions de polarisation appropriée, par exemple des dipôles formés par des diodes à effet Gunn, des diodes à avalanches etc Le dispositif combi- nateur conforme à l'invention peut également être utili- sé pour le couplage d'éléments actifs du type quadri- pôle, tels que des transistors, ou hexapôle, tels que des transistors bigrilles. Selon une variante de réalisation du disposi- tif combinateur conforme à l'invention, la ligne radiale comprend plusieurs secteurs espacés les uns des autres par des intervalles en forme de sect Äurs, intervalles dans lesquels sont avantageusement placées des résistan- ces anti-parasites pour éviter oute résonance transversale. Selon une autre variante de réalisation, les moyens de couplage comportent plusieurs lignes radiales en secteur, ellles-memes couplons a une charge d'utilisa- tien commune, par exemple au moyen d'une cavitéo D'autres particularités et avantages du dispo- sitif combinateur de puissance selon l'invention ressor- tiront a la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitntifg en référence aux des- sins joints sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un pre- mier mode de réalisation d'un dispositif selon l'inven- tion utilisant une ligne de type microruban, la figure 2 est une vue schématique d'un se- cond mode de réalisation d'un dispositif selon l'inven- tion utilisant une ligne de type coplanaire, les figures 3 et 4 sont des vues schématiques en plan de variantes de réalisation utilisant une ligne de type microruban à plusieurs secteurs, la figure 5 est une vue schématique en plan d'une variante de réalisation utilisant une ligne de type coplanaire à plusieurs secteurs, la figure 6 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention réalisant un couplage col- lectif de sortie d'éléments actifs formés par des transistors, les figures 7 et 8 sont des vues schémati- ques de dispositifs selon l'invention réalisant un cou- plage collectif d'accord, et la figure 9 illustre schématiquement le cou- plage de plusieurs lignes radiales à secteur par un sys- tème de combinaison à cavité diélectrique. La figure 1 montre plusieurs éléments actifs , constitués par exemple par des diodes à effet Gunn ou à avalanche, qui sont montés à intervalles réguliers le long du bord d'extrémité en arc de cercle d'une ligne radiale à secteur 11 Cette ligne 11 est du type micro- ruban et comporte une métallisation 12 formée sur une face d'un substrat 13 et une autre métallisation 14 for- mée sur la face opposée du substrat 13 La métallisation 12 comprend une partie 12 a en secteur de cercle prolon- gée à son sommet par une bande 12 b, l-'ensemble étant sy- métrique par rapport à la droite contenant le rayon mé- dian du secteur 12 a Les éléments actifs 10 sont branchés en parallèle entre les métallisation 12 et 14, cette der- nière formant masse Les raccordements des éléments ac- tifs le long du bord en arc 12 c de la métallisation 12 sont réalisés avec un pas p constant, les éléments ac- tifs situés aux extrémités étant distants de p/2 des extrémités du bord 12 c L'impédance caractéristique de la ligne radiale en secteur est fonction notamment de l'angle au sommet O Cet angle est choisi en fonction du nombre d'éléments actifs à coupler, plus çet angle est grand et plus la résistance ramenée sur les éléments ac- tifs est faible La liaison avec la charge d'utilisa- tion (non représentée) est réalisée à l'extrémité de la bande 12 b Les liaisons de polarisation des éléments actifs 10 ne sont pas représentées Comme déjà indiqué, on utilise avantageusement comme éléments actifs des éléments semi-conducteurs provenant d'une même plaquette et dépourvus de bottier afin d'avoir des caractéristi- ques pratiquement uniformes Le dispositif combinateur de puissance avec ligne radiale à secteur se prête alors bien à la réalisation d'oscillateurs ou d'amplificateurs intégrés. Les figures 2 à 9 illustrent d'autres modes de réalisation du dispositif selon l'invention Sur ces fi- gures, on n'a représenté que les éléments actifs et les moyens de couplage de ceux-ci à une charge d'utilisation. La figure 2 montre un dispositif combinateur de puissance utilisant une ligne radiale à secteur 21 de type coplanaire La ligne 21 comporte deux métallisations 22, 24 formées sur une même face d'un substrat 23 La mé- tallisation 22 a une forme semblable à celle 12 de la fi- gure 1, avec une partie en secteur 22 a et une partie en bande 22 b La métallisation 24 forme masse et entoure la métallisation 22 en étant séparée de celle-ci par un in- tervalle de largeur constante Les éléments actifs 20 sont reliés en commun, d'une part, à la métallisation 24 et, d'autre part, à intervalles réguliers le long du bord en arc 22 c de la partie en secteur 22 a. La ligne radiale peut comporter plusieurs sec- teurs reliés chacun à plusieurs éléments actifs, comme illustré par les figures 3 à 5. Ainsi, la figure 3 montre une ligne radiale 31 du type micro-ruban dont la métallisation 32 formée sur une face du substrat 33 présente plusieurs parties en secteur circulaire 32 a, 32 'a, 32 "a de même sommet et mê- me diamètre, ces parties étant-réunies à leur sommet com- mun et prolongées par une même partie en bande 32 b Les différentes parties 32 a, 32 'a, 32 "a ont mêmes dimensions et sont chacune reliées, le long de leur bord en arc, à plusieurs éléments actifs 30 régulièrement espacés Les secteurs 32 a, 32 'a, 32 "a sont séparés les uns des autres par des intervalles 36 dans lesquels sont placées des résistances antiparasites 37 connectées entre secteurs métallisés voisins Les intervalles 36 s'étendent sur une longueur L suffisante pour que les résistances anti- parasites 37 permettent d'éviter efficacement toute ré- sonance transversale. La figure 4 montre un dispositif combinateur qui se distingue de celui de la figure 3 uniquement par le fait que la métallisation 42 de la ligne 41 comprend, en plus des parties en secteur 42 a, 42 'a, 42 "a et de la partie en bande 42 b, une partie en bande supplémentaire 42 d La bande 42 d s'étend parallèlement à la bande 42 b, le long et à distance de celleci et se prolonge au-delà pour permettre la liaison avec la charge d'utilisation. Dans ce cas, la liaison entre les éléments actifs 40 et la charge comprend donc le couplage entre les banides 42 b et 42 d. Une ligne radiale 51 à plusieurs secteurs réa- lisée en technologie coplanaire est illustrée par la fi- gure 5 Deux métallisations 52, 54 sont formées sur une même face d'un substrat 53 La métallisation 52 comprend deux parties en secteur identiques 52 a, 52 'a réunies et prolongées à leur sommet commun par une partie en bande 52 b -La métallisation 54 entoure la métallisation 52 en étant espacée de celle-ci d'un intervalle de largeur constante Plusieurs éléments actifs 50 sont branchés en parallèle entre la métallisation 54 et chaque secteur 52 a, 52 'a, les éléments 50 étant régulièrement répartis le long du bord en arc 52 c, 52 'c de chaque secteur. On a envisagé ci-avant l'utilisation d'une li- gne radiale à secteur pour coupler collectivement plu- sieurs dipôles (diodes) Une telle ligne peut également être utilisée pour réaliser un couplage collectif de sortie de transistors 60, comme illustré par la figure 6 Les bornes de sortie des transistors sont reliées à intervalles réguliers le long du bord en arc d'une ligne 61 de type micro-ruban La ligne 61 comprend une métal- lisation 62 formée sur une face d'un substrat 63, avec une partie en secteur circulaire 62 a prolongée à son sommet par une partie en bande 62 b Les bornes d'entrée des transistors sont reliées à des lignes respectives formées par des bandes 68 sur une face d'un substrat 69 qui présente un cnté 69 a S 'étendant parallèlement au bord en arc de la ligne 61 et à distance de celui:ci. Les liaisons de polarisation des transistors 60 et les métallisations formées sur les autres faces des subs- trats 63 et 69 ne sont pas représentées. Dans le cas de l'application du dispositif co"n'oinateur de puissance à la réalisation d'oscillateurs, la ligne radiale a secteur peut être utilisée pour réa- liser un couplage collectif des éléments actifs à un circuit d'accord. La figure 7 montre deux lignes 71, 71 ', de ty- pe miicro-ruban disposées sur les deux faces opposées d'une plaque conductrice 74 formlant masse La ligne 71 comprend un substrat 73 dont une face est liée à une des faces de la plaque 74 et dont l'autre face porte une mé- tallisation 72, tandis que la ligne 71 ' comprend un subs- trat 73 ' dont une face est liée à l'autre face de la plaque 74 et donh l'autre face porte une métallisation 72 ' La métallisation 72 présente une partie en secteur 72 a le long du bord en arc de laquelle sont raccordées des bornes d'éléments actifs 70 (transistors) et une par- tie en bande 72 b reliée à la masse par l'intermédiaire d'une capacité de découplage Cd et d'une résistance anti- parasite Rap La ligne 71 réalise le couplage collectif des éléments 70 à un circuit d'accord comprenant une ca- vité diélectrique 75 formée à proximité de la partie métallisée 72 b La métallisation 72 ' a par exemple une forme semblable à celle 12 de la ligne il de la figure l et réalise un couplage collectif de sortie des élé- ments 70. Dans le cas de la figure 8, une ligne 8 i de type micro-ruban réalise le couplage collectif de tran- sistors 80 de façon semblable à celle illustrée par la figure 6 Une métallisation 82 formée sur un substrat 83 a une partie en forme de secteur circulaire 82 a sur le bord en arc de laquelle sont raccordées les sorties de transistors 80 et une partie en bande 82 b Cette derniè- re-est en forme de L avec une branche 82 'b raccordée au sommet du secteur 82 a et prolongée à angle droit par une branche 82 "b qui est reliée à la masse par une capa- cité de découplage Cd et une résistance anti-parasite Rap Une cavité diélectrique 85 est formée à proximité de la branche 82 "b tandis qu'une partie métallisée en forme de bande 82 d s'étend parallèlement à la branche 82 'b et se prolonge pour la liaison avec une charge d'utilisation. Dans ce qui précède, on a envisagé le cas du couplage de plusieurs éléments actifs au moyen d'une seu- le ligne à secteur comprenant une ou plusieurs parties en forme de secteurs circulaires Il est aussi envisagea- ble de coupler un grand nombre d'éléments actifs au moyen de plusieurs lignes radiales à secteur elles-mêmes cou- plées collectivement, par exemple au moyen d'une cavité diélectrique comme montré schématiquement sur la figure 9. Plusieurs lignes 91 de préférence identiques sont disposées en couronne à intervalles réguliers Les lignes 91 sont du type micro-ruban et comprennent chacu- ne une partie 9 la avec une métallisation 92 a en forme de secteur circulaire formée sur un substrat-93 a et une par- tie 91 b avec une métallisation 92 b en forme de bande for- mée sur-un substrat 93 b Les métallisations 92 a des-dif- férentes lignes 91 sont formées sur un substrat commun 93 a en forme de couronne et ont leurs bords en arc 92 c situés le long de la circonférence de la couronne Ces métallisations 92 b se raccordent aux sommets des sec- teurs 92 a au niveau de la circonférence intérieure de la couronne et s'étendent perpendiculairement aux métallisa- tions 92 a, sur des substrats respectifs 93 b liés au subs- trat 93 a et s'étendant e N d i r e c t i o N a x i a 1 e aitour d'une cavité diélectrique tubulaire 95 réalisant le couplage collectif des lignes 91 Plusieurs éléments actifs 90 sont reliés le long de chaque bord en arc des métallisations 92 a Il est alors possible de coupler plu- sieurs dizaines d'éléments actifs, l'énergie étant prélevée à partir de la cavité 95, On peut alors atteindre des ni- veaux de puissance élevés Des résistances anti-parasites 97 sont disposées dans les intervalles 96 entre les mé- tallisations 92 a pour éliminer les résonances transversa- les Ces résistances peuvent être disposées aux deux ex- trémités des intervalles 96, c'est-à-dire au niveau des circonférences intérieure et extérieure de la couronne. Il est en variante possible de relier entre elles les mé- tallisations 92 a au voisinage de la circonférence exté- rieure de la couronne comme illustré en traits interrom- pus en 92 d sur la figure 9. REVENDICATIONS 1 Dispositif combinateur de puissance pour oscil- lateur ou amplificateur à micro-ondes, dispositif com- portant des moyens de couplage de plusieurs éléments ac- tifs à un même circuit tel qu'un dispositif d'accord ou une charge d'utilisation, caractérisé en ce que les moyens de couplage comportent au moins une ligne radiale à secteur( 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91) chargéele long de son bord d'extrémité en arc, par les éléments actifs et reliée ou couplée au- dit circuit commun à son autre extrémité. 2 Dispositif selon la revendication sé en ce que la ligne radiale à secteur est ruban. 3 Dispositif selon la revendication sé en ce que la ligne radiale à secteur est planaire. 4 Dispositif selon la revendication sé en ce que la ligne radiale à secteur est triplaque. 1, caractéri- du type micro- 1, caractéri- du type co- 1, caractéri- du type Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que la ligne ( 31, 41, 51, 91) comprend plusieurs parties en secteur semblables réunies à leur sommet commun. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce qu'Dil comprend% plusieurs lignes radiales à secteur ( 91) ayant chacune une partie en forme de secteur chargée, le long de son bord en arc, par plusieurs éléments actifs, et une par- tie en forme de bande, et un système de combinaison à cavité ( 95) réalisant un couplage collectif des différentes lignes.