Brevet FR2553241A1 — publié le 19850412

La présente invention a pour objet un amplificateur hyperfréquence à transistor. Cet amplificateur est utilisable de préférence dans la bande allant d'environ 14 à 25 GHz et plus spécialement dans la bande allant de 17,7 à 23,6 GHz. Les améliorations constantes obtenues sur les transistors à effet de champ AsGa dans le domaine des hyperfréquences permettent maintenant de réaliser des amplificateurs dans la bande 17,7-23,6 GHz, où l'on trouve de nombreux systèmes de télécommunications. I1s'agit essentiellement de faisceaux hertziens et d'équipements pour télécommunications par satellite. L'utilisation d'un amplificateur à fort gain et faible bruit améliore notablement les performances d'un tel système, donc son coût. Cet amplificateur peut être situé derrière l'antenne de réception, derrière un amplificateur paramétrique ou encore derrière les filtres de canaux. I1 est donc à raccorder, dans la majorité des cas, à un guide d'ondes rectangulaire en bande K. Pour la plupart des applications, l'amélioration du facteur de bruit est un objectif primordial. Pour obtenir de bonnes performances à cet égard, il faut naturellement utiliser les meilleurs composants possibles mais, en outre, soigner la réalisation de l'amplificateur en dégradant le moins possible les performances du transistor, en réduisant les pertes ohmiques, en améliorant l'adaptation et en obtenant une largeur de bande suffisante. Pour résoudre ces problèmes, on a utilisé jusqu'à présent une technologie hybride faisant appel à des transistors fixés sur une puce nue (c'est-à-dire sans leur boîtier habituel d'encapsulation). Ces transistors sont montés sur des substrats à faibles pertes et à faible permittivité relative. I1 est en effet admis que l'utilisation de transistors en bottier est inappropriée du fait des éléments parasites qui sont introduits par ce boitier et qui, dès les fréquences de 8 à 12 GHz, prennent une importance considérable et réduisent la bande dtutilisation. Or cette technologie des puces nues montées directement sur des circuits hybrides présente des inconvénients. Tout-d'abord, le composant étant non protégé, il est fragile, ce qui entrain des risques de détérioration au montage et de dégradation dans le temps. De plus, il- est impossible de faire des tests électriques prealablement à la mise en service. Un autre inconvénient est que l'impédance d'entrée du transistor en puce présente, en bande K, une valeur faible et au demeurant légèrement self ique. I1 n'est donc pas possible de coupler directement le guide à la puce puisque le premier présente au contraire une forte impédance. De façon plus précise, les circuits hybrides travaillent avec une impédance caractéristique voisine de 50 ohms, et l'impédance caractéristique d'un guide rectangulaire se situe aux environs de 400 à 500 ohms. Il faut donc utiliser entre ces deux structures un moyen d'adaptation, ce qui diminue la largeur de bande et introduit des pertes supplémentaires. Une channe d'amplification se présente alors schématiquement comme représenté sur la figure 1. Elle comprend un guide d'onde rectangulaire 1, une transition guide-ligne coaxiale 2, une transition ligne coaxiale-microbande 3, un circuit d'adaptation d'entrée 4, un transistor 5 et son circuit de polarisation 6, un circuit d'adaptation de sortie 7 et enfin une transition microbande-ligne coaxiale 8. Dans une telle channe, l'ordre de grandeur des pertes d'insertion est de 1,5 dB, en supposant que les pertes de la transition guide-coaxial sont de 0,15 dB, ce qui correspond au cas le plus favorable. Le but de l'invention est justement de remédier à ces inconvénients en proposant un amplificateur conduisant à une excellente adaptation en impédance avec de faibles pertes d'insertion et à une grande facilité de mise en oeuvre. Le principe de l'invention consiste à utiliser les éléments réactifs généralement considérés comme parasites et provenant du boitier du transistor comme éléments permettant l'adaptation en impédance avec le guide hyperfréquence. Le couplage guide-transistor èst alors obtenu à l'aide de la connexion de grille de ce dernier, à un emplacement du guide où le champ électrique est maximum. Comme indiqué plus haut, il était admis par les spécialistes en hyperfréquence, que le montage d'un transistor en -bottie-r était réservé à des fréquences inférieures à 10 GHz et qu'au-delà le montage direct sur un circuit microbande s'imposait, avec un transistor dépourvu de son boitier et monté nu. La présente invention va à l'encontre de ce préjugé et permet de réaliser un amplificateur ayant de bonnes performances en gain et en bruit, de façon extrêmement simple en utilisant le transistor avec son bottier lorsque le circuit d'entrée est un guide. De façon précise, la présente invention a donc pour objet un amplificateur hyperfréquence comprenant un transistor à effet de champ couplé à un guide d'onde hyperfréquence, cet amplificateur étant caractérisé par le fait que le transistor est fixé sur le guide d'onde avec son bottier de protection et est couplé directement au guide par sa patte de connexion de grille, cette patte pénétrant dans le guide dans une zone située à une distance d'un court-circuit égale à un multiple du quart de la longueur d'onde de fonction nement du guide, l'adaptation en impédance entre le guide et le transistor étant obtenue par l'intermédiaire des éléments réactifs du bottier du transistor. De préférence, un plongeur à vis réglable est disposé dans le guide en regard de la patte de grille pour parfaire le réglage. De toute façon, l'invention sera mieux comprise après la description qui suit, de quelques exemples de réalisation. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà décrite, concerne l'art antérieur, - la figure 2 montr-e le schéma équivalent d'un transistor en boiter, - la figure 3 montre une coupe du dispositif dans un plan passant par la connexion de grille, - la figure 4 représente une pièce support du transistor, - la figure 5 représente les variations du gain d'amplification en fonction de la fréquence. La figure 2 montre le schéma équivalent d'un transistor à effet de champ dans son boîtier d'encapsulation. Sur ce schéma, G désigne la borne de connexion de grille, S celle de source et D celle de drain. Entre ces bornes et le transistor proprement dit, on trouve, à l'extérieur du bottier (représenté en tirets), une inductance de grille LG, une capacité entre grille-et source CPGS, une inductance de source LS, une inductance de drain LD, une capacité entre drain et source CPDS ; à l'intérieur du boîtier on trouve essentiellement des résistances de grille, de drain et de source, respectivement RG, RD et RS et des capacités grillesource et drain-source respectivement CGS et CDS. Les inventeurs ont tenu compte de ces divers éléments sur un transistor particulier, qui est le NE 13700 dans un bottier type 83. Les résultats sont les suivants : LG = LD = LS = 0,2 nH, CPGS = CPDS = 0,25.pF, CGS = 0,25 pF, CDS = 0,015 pF, RG = 2,0 ohms, RS = 1,5 ohm, RD = 1,5 ohm. Ces divers éléments et principalement l'inductance série LG et la capacité CPGS du boîtier, sont utilisés, selon l'invention, pour ramener l'impédance d'entrée du transistor à une valeur proche de celle du guide. Alors, la patte de connexion de grille peut être introduite directement dans le guide. Pratiquement, le montage est celui de la figure 3. Un transistor à effet de champ 20 est monté sur un guide rectangulaire 22, la connexion de grille G pénétrant dans ce guide à une distance nXg d'un court 4 circuit 24, si kg désigne la longueur d'onde dans le guide et n un nombre entier égal à quelques unités. La connexion de drain D est reliée à une microbande 26, laquelle est connectée à une sortie coaxiale 28. En regard de la connexion de grille se trouve un plongeur 30 constitué par une vis dont l'enfoncement est réglable. La figure 4 représente les mêmes éléments mais en perspective. Les connexions 31 et 32 servent à amener des tensions de polarisation continues (tension positive sur le drain et négative sur la grille) par l'intermédiaire de microinductances et de capacités de découplage non représentées. Le tableau suivant donne la variation du taux d'onde stationnaire (TOS) dans un guide pourvu-de l'amplificateur de l'invention, en fonction de la fréquence F exprimée en GHz. On voit que ce taux reste inférieur à 2 dans la bande 18,5-20,5 GHz, ce qui est la preuve d'une bonne adaptation. F TOS 18 000 29 18 250 5,651 18 500 1,686 18 750 1,321 19 000 1,655 19 250 1,764 19 500 1,619 19 750 1,418 20 000 1,397 20 250 1,615 20 500 1,965 20 750 2,287 21 000 2,688 21 250 3,115 21 500 3,558 21 750 4,109 22 000 4,591 L'allure du gain G de l'amplificateur en fonction de la fréquence F est donnée sur la figure 5. Ce gain correspond aux caractéristiques du composant. En effet, dans la bande de fréquence 18,7-19,7 GHz le gain mesuré est égal à 8,4 dB + 0,3 dB alors que le gain typique donné par le constructeur,. pour le même point de polarisation, est de 8 dB. Dans l'exemple considéré, l'enfoncement de la vis d'accord était de 1 mm et la longueur de la patte dans le guide de 2,2 mm. Dans un amplificateur hyperfréquence selon l'invention, la patte de connexion de grille peut jouer le rôle de transition avec une structure guidée d'impédance différente de l'impédance normalisée d'un guide rectangulaire. Par exemple, un guide de hauteur réduite, donc de plus basse impédance, permet à cette structure de travailler en bande plus basse, de 8 à 14 GHz par exemple. REvENDICATIONS 1. Amplificateur hyperfréquence comprenant un transistor à effet de champ (20) couplé à un guide d'onde hyperfréquence (22), caractérisé par le fait que le transistor est fixé sur le guide avec son boîtier de protection et que le transistor est couple directement au guide d'onde par sa patte de connexion de grille (G), cette patte pénétrant dans le guide (22) dans une zone située à une distance d'un court-circuit égale à un multiple du quart de la longueur d'onde de fonction nement du guide, l'adaptation en impédance entre le guide et le transistor étant obtenue par l'intermédiaire des éléments réactifs du bottier du transistor. 2. Amplificateur hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un plongeur (30) à vis réglable disposé dans le guide en regard de la patte de grille.