Brevet FR2525383A1 — publié le 19831021

Résistances en constantes réparties pour charges à forte dissipation en hyperfréquence La présente invention concerne des résistances à constantes répar- ties pour charges à forte dissipation en hyperfréquence pouvant être utilisées dans la confection d'atténuateurs ou de charges adaptées fonc- tionnant dans une bande de fréquences s'étendant jusqu'à 10 Gigahertz. Le schéma électrique équivalent de charges résistives réalisées selon l'art antérieur en éléments localisés à résistances R 1 en série et résistances R 2 en parallèle peut être représenté selon la configuration dissymétrique de la figure 1 ou la configuration symétrique de la figu- re 2 Dans les deux cas l'impédance itérative de chacune des cellules est égale à NRT et l'atténuation est proportionnelle à R 1 et inverse- ment proportionnelle à R 2 Aux hyperfréquences, on sait utiliser la technique des microbandes pour réaliser des résistances à constantes réparties Pour réaliser cette technique, il est connu (figure 3) de disposer une bande d'une certaine largeur W formant une couche résistive sur une face d'un substrat diélectrique, l'autre face étant recouverte en totalité d'une couche métallique conductrice, les deux faces étant séparées d'une épaisseur h de diélectrique de constante diélectri- que ú Dans cette réalisation la résistance de surface est propor- tionnelle à la surface de la couche résistive La couche résistive uti- lisée peut être de la série 1610 de la Compagnie Dupont de Nemours dont les caractéristiques varient de 10 ohm à un mégohm pour un échantillon de mm de longueur, 2,5 mm de largeur et 25 micromètres d'épaisseur (avant passage au four) L'impédance caractéristique du circuit d'atténuation est proportionnelle au logarithme du rapport de l'épaisseur h du diélec- trique à la largeur W de la bande et inversement proportionnelle à la racine carrée de la permittivité relative Ainsi entre l'entrée E de l'atténuateur et la sortie S de cet atténuateur on dispose une résis- tance en constantes réparties R 1 en série et deux résistances en constantes réparties R 2 en parallèle disposées de part et d'autre de la résistance R 1 Jusqu'à présent, la résistance R 1 était en forme de rec- tangle et sa résistivité faible Les résistances 2 R 2 en forme de rectan- gles également ont une résistivité très importante dans le cas d'atté- nuations réduites Sur la face supérieure sont disposées deux connexions 2 - de masse (deux bandes métalliques) lesquelles rejoignent par les bords du substrat la couche métallique conductrice disposée sur la face infé- rieure. Il découle de la configuration de l'art antérieur représenté en figure 3 que l'impédance caractéristique est constante ainsi que le coefficient d'atténuation linéique puisque la résistance de surface 1 est constante de même que la résistance de surface R 2 * Le coefficient d'atténuation linéique est ainsi constant de l'entrée à la sortie de l'atténuateur Il en résulte que la puissance dissipée dans chacune des tranches égales obtenues par des divisions équidistantes de la longueur entre l'entrée E et la sortie S de l'atténuateur décroit de l'entrée vers la sortie La puissance dissipée par unité de surface le long d'un atténuateur classique, maximum à l'entrée et minimum en sortie, décroît d'une façon continue par suite de la constance du coefficient d'atténua- tion k des tranches successives 1 à N selon la formule donnant la puis- sance dissipée Pdn dans la nième tranche Pd ( 1-k) ( 1) kn-1 en fonction de la puissance P O d'entrée. L'inconvénient des techniques antérieures réside dans le fait qu'il y a création de points chauds surtout à l'entrée de l'atténuateur et comme la limite en puissance d'une résistance est la limite en puis- sance de la tranche la plus défavorable il en résulte que les atténua- teurs classiques ne permettent pas d'utiliser au mieux la surface du substrat pour augmenter ses capacités de dissipation. Les résistances selon la présente invention remédient à cet incon- vénient Celles-ci en effet dissipent la puissance sous forme de chaleur uniformément sur les surfaces extérieures des couches ce qui autorise une plus grande dissipation de puissance calorifique à encombrement équivalent de celui de l'art antérieur. Le dispositif selon la présente invention a pour objet des résis- tances en constantes réparties pour charges à forte dissipation en hyperfréquence qui comportent sur une face d'un substrat isolant une couche résistive formant une résistance série de faible résistance de -3- *,} surface et au moins une couche résistive formant une résistance paral- lèle de résistance de surface élevée, (dans le cas d'une atténuation réduite), la résistance parallèle étant en contact avec une zone métal- lisée conductrice en contact par le bord du substrat avec une plaque de masse conductrice recouvrant l'autre face dudit substrat, caractérisées par le fait que la couche résistive série est en forme d'un secteur de cercle dont l'arc extérieur sert à recevoir la puissance d'entrée et dont au moins un rayon est juxtaposé à au moins une résistance parallèle également en forme de secteur de cercle. Selon une particularité de l'invention ladite couche résistive série présente une résistance linéique élémentaire croissante et ladite couche résistive parallèle présente une résistance linéique élémentaire décroissante, le coefficient d'atténuation linéique étant progressive- ment variable et croissant à partir de l'entrée de telle sorte que la puissance dissipée soit répartie d'une façon uniforme sur l'ensemble des couches résistives. Selon une autre particularité de l'invention lesdites résistances constituent un atténuateur dont la sortie réalisée en contact métallisé est en contact avec un arc intérieur de ladite résistance série à proxi- mité du centre du secteur de cercle et à l'opposé du contact métallisé d'entrée en contact avec ledit arc extérieur. Selon une autre particularité de l'invention lesdites résistances constituent une charge adaptée dont le centre des secteurs de cercle de résistance série et résistances parallèle est disposé matériellement sur ledit substrat l'entrée de ladite charge étant un contact métallisé en contact avec l'arc extérieur. En se référant aux figures schématiques 1 à 6 ci-jointes nous allons décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limi- tatif. La figure 1 représente un schéma électrique selon l'art antérieur de résistances itératives disposées en cellules dissymétriques. La figure 2 représente un schéma électrique selon l'art antérieur de résistances itératives disposées en cellules symétriques. La figure 3 représente une vue schématique en perspective d'un atténuateur selon l'art antérieur réalisé avec des couches résistives en - I 4- constantes réparties à coefficient d'atténuation constant. La figure 4 représente une vue en plan schématique d'un atténua- teur réalisé selon l'invention avec des couches résistives à constantes réparties à coefficient d'atténuation croissant. La figure 5 représente un schéma électrique de l'atténuateur de la figure 4. La figure 6 représente une vue en plan schématique d'une charge adaptée réalisée selon l'invention avec des couches résistives à contan- tes réparties à coefficient d'atténuation croissant. La figure 4 représente une pastille 1 formée d'un substrat isolant en oxyde d'aluminium (A 1203) ou oxyde de béryllium (Be O) par exemple revêtue sur la face supérieure vue en plan, d'une couche résistive 3 en forme de secteur de cercle La couche résistive, selon une technique connue, est constituée d'un oxyde de ruthénium, d'un liant organique et de particules de verre en plus ou moins grand nombre selon la résistivité que l'on veut obtenir La résistivité de la couche 3 doit être faible, par exemple de 10 ohm pour un échantillon de 5 mm de longueur, 2,5 mm de largeur et 25 micromètres d'épaisseur (avant passage au four) La cou- che 3 forme l'équivalent de la résistance série R 1 avec la différence toutefois qu'elle est formée d'éléments répartis et que comme on le voit sur la figure 5 elle croit de l'entrée E vers la sortie S de l'atténua- teur Nous avons R 1 radian environ. De part et d'autre du secteur de cercle 3 sont disposées une couche -5résistive 4 unique et/ou une couche résistive 5 (schémas équivalents figure 1 ou figure 2) Les couches résistives 4 et/ou 5 déposées par exemple par sérigraphie sont en forme de secteurs de cercle juxtaposés par les rayons de cercle à la couche 3 et constituent une résistance parallèle équivalente R 2 de forte résistivité par exemple, 1 kohm pour un échantillon de 5 mm de longueur 2,5 mm de largeur et 25 micromètres d'épaisseur (avant passage au four) Sur la figure 5 on voit que les résistances élémentaires R 2, Ri 2 Y Rn 2 Y R'n 2 des tranches successives équidistantes entre l'entrée E et la sortie S de l'atténuateur sont de valeurs progressivement décroissantes telles que R 2 > R'2 > R" 2> R" 2 ( 3) En effet la résistance élémentaire est proportionnelle à sa lon- gueur (sens de la flèche tangentielle) laquelle est progressivement décroissante (de E vers S) et inversement proportionnelle à sa largeur qui est constante par hypothèse L'angle interne /3 de l'ensemble des trois secteurs de cercle 3, 4 et 5 peut être de 2,5 radians environ. Sur le restant du substrat 1 en regard des couches 4 et 5 sont déposées des couches métallisées conductrices 6 et 7 servant de retour de masse et réunies par les rebords (non représentés) du substrat 1 à la plaque métallique disposée sur la face opposée du substrat 1 L'atténua- teur de la figure 4 comporte également des contacts d'entrée E et de sortie S reliés électriquement à la couche résistive 3 Les retours de masse 6 et 7, les contacts E et S et la plaque métallique de la face opposée du substrat sont réalisés en un métal tel que l'or ou un alliage d'argent et de palladium. Le coefficient d'atténuation k proportionnel au rapport de R 1 à R 2 est progressivement croissant de l'entrée E vers la sortie S à cause des inégalité 2 et 3 De plus, l'impédance itérative reste en général constante par suite de la constance du produit R 1 R 2. Comme la puissance dissipée Pdn de la nième tranche élémentaire est égale à Pdn k 1 k 2 kn_ 1 k Po dn= i k 2 kni 1 kn -6- et que les coefficients ki*kn sont inférieurs au coefficient kn 11 de la figure 3 (relation ( 1)) il s'ensuit que la puissance dissipée de la nième cellule de l'atténuateur selon l'invention est supérieure à la puissance dissipée dans la nième cellule de l'atténuateur selon l'art antérieur. Il est possible ainsi de déterminer des puissances calorifiques dissipées d'une façon uniforme sur toute la surface des couches résis- tives. La puissance de sortie obtenue peut être le résultat d'une atté- nuation d'une trentaine de décibels par rapport à la puissance d'entrée. L'impédance caractéristique peut être adaptée à 50 ohms. Sur la figure 6 on voit une charge adaptée 11 du même principe et de la même réalisation que l'atténuateur 1 avec des couches résistives série 31 et parallèle 41 et/ou 51, des masses métallisées 61 et 71 et une entrée E servant à recevoir la puissance en micro ondes en vue de l'adap- tation sur une charge de 50 ohms par exemple Comme la sortie S n'est pas nécessaire, le centre matériel des secteurs de cercle 31, 41, 51 se trouve dans les limites de la pastille 21 La charge 11 permet de dissi- per jusqu'à 600 watts pour une surface de 2,5 x 2,5 cm. Les applications sont du domaine des atténuateurs et des charges adaptées dans les bandes de fréquences comprises entre 1 et 10 GHZ 7 - REVENDICATIONS 1/ Résistances en constantes réparties pour charges à forte dissipation en hyperfréquence qui comportent sur une face d'un substrat isolant ( 2) une couche résistive formant une résistance série R 1 de faible résis- tance de surface et au moins Une couche résistive formant une résistance parallèle R 2 de résistance de surface élevée (dans le cas d'une atténua- tion réduite), la résistance parallèle R 2 étant en contact avec une zone métallisée ( 5, 6) conductrice en contact par le bord du substrat ( 2) avec une plaque de masse conductrice recouvrant l'autre face dudit subs- trat ( 2), caractérisées par le fait que la couche résistive série est en forme d'un secteur de cercle ( 3) dont l'arc extérieur sert à recevoir la puissance d'entrée E et dont au moins un rayon est juxtaposé à au moins une résistance parallèle également en forme de secteur de cercle ( 4, 5). 2/ Résistances selon la revendication 1, caractérisées par le fait qu'à partir de l'entrée de la puissance en hyperfréquences ladite couche résistive série R 1 présente une résistance linéique élémentaire crois- sante et ladite couche résistive parallèle R 2 présente une résistance linéique élémentaire décroissante, le coefficient d'atténuation élémen- taire étant progressivement variable et croissant à partir de l'entrée de telle sorte que la puissance dissipée soit répartie d'une façon uni- forme sur l'ensemble des couches résistives ( 3, 4, 5). 3/ Résistances selon la revendication 1, caractérisées par le fait qu'elles constituent un atténuateur (figure 4) dont la sortie S réalisée en contact métallisé est en contact avec un arc intérieur de ladite résistance série ( 3) à proximité du centre géométrique du secteur de cercle et à l'opposé du contact métallisé d'entrée en contact avec ledit arc extérieur. 4/ Résistances selon la revendication 1, caractérisées en ce qu'elles constituent une charge adaptée (figure 6) dont le centre desdits sec- teurs de cercle de résistances série ( 31) et résistances parallèle ( 41, 51) est disposé matériellement sur ledit substrat ( 21), l'entrée E de ladite charge étant un contact métallisé en contact avec ledit arc exté- rieur. _ 8- / Résistances selon la revendication 1, caractérisées par le fait que lesdits contacts métallisés ( 6, 7, 61, 71, E, S) sont réalisés en or ou en un alliage d'argent et de palladium. 6/ Résistances selon la revendication 1, caractérisées par le fait que ledit substrat est réalisé en oxyde d'aluminium ou en oxyde de béryllium. 7/ Résistances selon la revendication 1, caractérisées par le fait que ledit secteur de cercle de couche résistive série ( 3, 31) constitue un angle interne de 0,5 radian environ. 8/ Résistances selon la revendication 1, caractérisées par le fait que lesdits secteurs de cercle des couches résistives série et parallèle ( 3, 4, 5 31, 41, 51)constituent un angle interne de 2,5 radians environ.