Brevet FR2589650A1 — publié le 19870507

CIRCUIT A LIGNE MICROBANDE RESONNANTE. L'invention concerne un circuit à ligne microbande, disposée sur une face d'un support isolant dont l'autre face porte un plan de masse, ligne utilisée comme élément résonnant dont la fréquence d'accord peut être modifiée, muni d'un dispositif méca- nique comportant au moins une pièce mobile qui présente au moins une partie électriquement conductrice. Une telle ligne est utilisée notamment comme élé- ment d'accord d'un oscillateur pour des fréquences de l'ordre d'un gigahertz ou plus, dans les systèmes pour la réception de télévi- sion par satellite. Dans cessystèmes,on trouve un élément placé en aval du câble de descente d'antenne, auquel est amené un signal dont la fréquence est comprise entre 950 MHZ et 1,75 GHZ. Cet élément est muni de circuits d'entrée accordés à haute fréquence, suivis d'un étage mélangeur de fréquence comportant un oscillateur local, et fournissant un signal dit à fréquence intermédiaire. Lorsqu'on procède à la syntonisation de cet élément, on fait varier à la fois la fréquence d'accord des circuits d'entrée et celle de l'oscillateur local. Lors de cette opération il est difficile d'obtenir une variation de fréquence identique pour le circuit d'entrée et pour l'oscillateur local. Les solutions connues utilisées pour des circuits accordés constitués à partir de condensateurs variables et/ou d'inductances bobinées ne sont pas applicables dans le cas présent, pour les fréquences considérées, puisqu'on utilise un élément résonnant fait d'une ligne microbande, en association avec des diodes à capa- cité variable. Les dispersions de fabrication de ces diodes sont telles que la variation de fréquence ob-pue par une variation donnée de la tension aux bornes de la diode n'est pas suffisamment reproductible pour permettre d'obtenir que la fréquence de l'oscilla- teur et celle du circuit d'accord haute fréquence se suivent avec une différence constante lorsqu'on fait varier la fréquence. Il est donc nécessaire de prévoir un réglage fin additionnel. Une solution pour accorder une ligne résonnante est décrite par exemple dans la publication "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques" Vol. MTIT 17, NI 12 (décembre 1969), pp 1068-1071. Elle consiste à faire varier la fréquence d'accord en déplaçant la position de court-circuits constitués par des vis traversant le substrat vers la masse et à utiliser des éléments capacitifs ajustables consistant en des plaques d'acier doré qui peuvent être déplacées le long de la ligne, et sont retenues par des aimants placés sous le substrat. Changer la position de court- circuits d'un trou à l'autre procure une variation par paliers sans intermédiaire, qui ne permet pas d'obtenir un réglage fin, et les plaques déplaçables retenues par des aimants constituent une solu- tion possible pour un usage expérimental, tel que décrit par le document cité plus haut, mais seraient difficiles à mettre en oeuvre dans un appareil soumis à des chocs et vibrations, qui risqueraient de déplacer les plaques. Un système mécanique autorisant le déplace- ment longitudinal des plaques le long de la ligne tout en assurant leur contact électrique avec la ligne et leur fixation solide serait délicat et coûteux à réaliser. En outre il ne s'agit pas seulement ici de régler une ligne pour une fréquence donnée, mais d'obtenir une courbe déterminée de variation de fréquence lorsqu'on fait varier un élément d'accord, notamment la tension de commande d'une diode varicap placée en bout de ligne. Il n'est pas évident que le déplacement de capacités constituées par des plaques selon le document cité puisse résoudre ce problème. L'invention a pour but de procurer une ligne dont la fréquence d'accord peut être modifiée électriquement au moyen d'un composant variable, notamment d'une diode à capacité variable, et dont on peut ajuster finement la forme de la courbe de variation de fréquence en fonction du paramètre de commande, à savoir de la ten- sion continue de commande dans le cas d'une diode à capacité variable. Cet ajustage de la forme de la courbe doit pouvoir être obtenu par un nombre d'étapes de réglage faible, et être fin, reproductible et stable. A cet effet, un circuit à ligne selon l'invention est notamment remarquable en ce que le plan de masse présente au moins une solution de continuité placée sous la ligne, en ce que ladite partie électriquement conductrice est placée en regard de ladite solution de continuité, et en ce que des moyens mécaniques sont prévus pour ajuster finement la distance entre la ligne et ladite partie électriquement conductrice. Le dispositif de réglage selon l'invention a l'avan- tage d'être peu coûteux, non microphonique, sans crachement lorsqu'on ajuste la susdite distance, actionnable par un outil métallique non isolé et peu sensible à des variations de températures. En outre le support isolant comporte avantageuse- ment un logement creusé dans la face opposée à celle qui porte la ligne, et ladite partie électriouement conductrice peut pénétrer dans ce logement. Cette dispositionpermet d'obtenir une plage de ré- glage plus étendue. Dans une forme de réalisation avantageuse, le dispo- sitif mécanique est remarquable en ce que la pièce mobile est une pièce cylindrique filetée disposée dans un canon fileté, tous deux conducteurs de l'électricité, au moins en surface, le canon étant appliqué sur le plan de masse. Ainsi le dispositif ne comporte pas d'autre élément mobile que la susdite pièce mobile. Pour accroître les possibilités de réglage en dif- férents points de la courbe de variation de fréquence, le dispositif comporte avantageusement plusieurs pièces mobiles indépendantes dis- posées le longde la longueur de la ligne, ces pièces pouvant être toutes disposées dans un support commun muni de plusieurs trous fi- letés. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés décrivant des exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue simplifiée, en perspective, d'un circuit à ligne microbande. La figure 2 est une coupe du dispositif perpendicu- lairement à l'axe de la ligne. Pour réaliser un circuit résonnant à des fréquences de l'ordre de deux gigahertz on utilise de préférence une ligne mi- crobande dont l'une des extrémités est en court circuit ou bien en circuit ouvert, réalisée sur un circuit imprimé double face, portant un plan de masse sur une face et la ligne sur l'autre face. Un oscillateur muni d'un tel circuit résonnant et dont la fréquence doit être réglable, par exemple entre 1.43 et 2,23 gigahertz, comporte soit une ligne quart d'onde "raccourcie" par une capacité variable, soit, une ligne demi-onde raccourcie à chaque extrémité par une capacité variable. Les capacités variables sont constituées par des diodes à capacité variable. Cet oscillateur est destiné à engendrer une fréquence intermédiaire de 480 MHZ à partir d'une onde reçue qui est comprise entre 950f) megahertz et 1,75 gigahertz, et le système est muni à cet effet d'un étage de présélection haute fréquence accordé lui aussi. La figure 1 peut aussi bien représenter un tel étage qu'un étage oscillateur. La référence 1 indique une ligne microbande, "raccourcie" par des diodes à capacité variable 7, 8, et disposée sur un substrat de circuit imprimé 2. La partie active, oscillateur ou amplificateur, est indiquée succinctement par un rectangle 12. Le problème à résoudre est d'assurer que, lorsqu'on fait varier la tension continue de commande de capacité des diodes à capacité variable, la fréquence d'accord de la partie présélection d'une part, et celle de l'oscillateur d'autre part, varient ensemble en restant toujours distantes l'une de l'autre de 480 MHZ. A cet effet l'un des deux circuits à ligne microbandereprésenté sur la figure 2 en coupe perpendiculairement à la ligne microbande 1, est muni d'un dispositif mécanique 4, 5, 6 comportant au moins une pièce mobile 5 qui présente au moins une partie électriquement conduc- trice 13, et le plan de masse 3 présente une solution de continuité placée sous la ligne, en regard de laquelle est placée la partie 13 électriquement conductrice. Des moyens mécaniques 5, 6 permettent d'ajuster finement la distance entre la ligne et la partie conduc- trice 13. Ces moyens sont. constitués par un canon fileté 6 à l'in- térieur duquel se déplace une pièce cylindrique filetée 5. Le canon 6 et la pièce 5 sont tous deux conducteurs de l'électricité au moins en surface, et le canon est appliqué sur le plan de masse 3, de ma- nière à ce que la section supérieure de la pièce cylindrique 5, sec- -t4ienqi est n- ariiea plan de masse 3, et donc aussi à la ligne 1, et qui constitue la susdite partie conductrice 13, soit élec- triquement reliée à la masse. Les deux parties 5 et 6 peuvent par exemple être réalisées par décolletage en laiton massif. Le canon 6 est fixé, par un contour 4 de soudure à l'étain, au plan de mas- se 3. Ces pièces peuvent aussi être réalisées par moulage en plasti- que, et métallisées; elles devront alors être fixées par exemple par "clipsage" au travers du substrat 2. Cette solution très bon marché est cependant d'une qualité médiocre. Le support 2 isolant comporte un logement 14 creusé dans la face opposée à celle qui porte la ligne 1, et la partie 13 peut pénétrer dans ce logement. Ainsi, il est possible d'obtenir une variation de réglage dans les deux sens, par rapport à la fré- quence qui serait obtenue si le plan de masse était présent à cet endroit. L'analyse théorique des effets provoqués par ce type de réglage est relativement complexe et son exposé n'est pas indis- pensable à la compréhension de l'invention; toutefois les résultats de cette analyse sont intéressants. L'analyse s'appuie sur la consta- tation que le réglage agit seulement sur la capacité de la ligne, et ceci localement. Il modifie donc, sur une partie de la ligne, l'impédance caractéristique et la constante de propagation. Les ré- sultats de cette analyse sont les suivants: la ligne étant utilisée en résonateur n'est pas fermée sur son impédance caractéristique, et le taux d'ondes stationnaires y est volontairement élevé. Dès lors: - A une fréquence donnée, lorsque le dispositif est placé en un ventre de tension du résonateur, l'action d'enfoncer la pièce 5 augmente la longueur électrique de celui-ci et par conséquent diminue la valeur de sa fréquence de résonance. - A une fréquence donnée, lorsque le dispositif est placé au voisi- nage d'un noeud de tension du résonateur l'effet de celui-ci est plus complexe: Si au voisinage de ce noeud de tension, la ligne du résonateur présente un comportement capacitif, l'action d'enfoncer la pièce 5 diminue la longueur électrique de celui-ci et par consé- quent augmente la valeur de sa fréquence de résonance. Si au voisinage de ce noeud de tension, la ligne du résonateur présente un comportement inductif, l'action d'enfoncer la pièce 5 augmente la longueur électrique de celui-ci et par conséquent diminue la valeur de sa fréquence de résonance. De ces propriétés résulte que, selon la fréquence, l'action du dispositif est différente. Ainsi avec une ligne qui présente un noeud de tension en son centre pour le milieu de la gamme de fréquences, une pièce 5 disposée au centre de la ligne agit dans un sens à une extrémité de la gamme de fréquences, et dans l'autre sens à l'autre extrémité de cette gamme. Il est donc possible de faire basculer en bloc la courbe de fréquences autour de son milieu. Pour obtenir plus de finesse encore dans l'appariement de la courbe du sélecteur haute fréquence et de celle de l'oscillateur, il est avantageux de disposer plusieurs pièces mobiles indépendantes disposées le long de la longueur de la ligne. Ainsi chacune des pièces aura un effet différent, et le réglage global sera facilité. Celui-ci est réalisé de préférence avec emploi d'un wobulateur qui affiche toute la courbe de fréquences. Comme chaque pièce mobile agit de manière relativement sélective pour une partie de la courbe de réponse, l'ajustage de l'ensemble de la courbe est obtenu rapidement, sans avoir à retoucher un grand nombre de fois chaque pièce 5. La pluralité de pièces mobiles 5 est avantageusement disposée dans un support commun unique, muni de plusieurs trous filetés. La figure I montre un tel support commun 15 muni de plusieurs trous d'axes respectivement 9, 10, 11. Ce support 15 est représenté en dessous du substrat 2, pour la clarté de la figure, mais il est bien évident qu'il doit être monté appliqué contre le plan de masse sous le substrat 2. A chaque extrémité de la ligne se trouve un composant, à savoir une diode à capacité variable 7, 8 etles axes 9 et 11 pas- sent pratiquement par les centres des boitiers desdiodes respective- ment 7 et 8. Les pièces mobiles correspondantes sont donc placées sous les diodes. REVENDICATIONS: 1. Circuit à ligne microbande, disposée sur une face d'un support isolant dont l'autre face porte un plan de masse, ligne utilisée comme élément résonnant dont la fréquence d'accord peut être modifiée, muni d'un dispositif mécanique comportant au moins une pièce mobile qui présente au moins une partie électriquement conductrice,caractérisé en ce que le plan de masse présente au moins une solution de continuité placée sous la ligne, en ce que ladite partie électriquement conductrice est placée en regard de ladite solution de continuité, et en ce que des moyens mécaniques sont prévus pour ajuster finement la distance entre la ligne et ladite partie électriquement conductrice. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support isolant comporte un logement creusé dans la face opposée à celle qui porte la ligne, et en ce que ladite partie électriquement conductrice peut pénétrer dans ce logement. 3. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite partie électriquement conduc- trice est plane et parallèle au plan de masse. 4. Circuit selon l'urequelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce mobile est en métal massif. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce mobile est en plastique mé- tallisé. 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pièce mobile est une pièce cylin- drique filetée disposée dans un canon fileté, tousdeux conducteurs de l'électricité, au moins en surface, le canon étant appliqué sur le plan de masse. 7. Circuit selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que le dispositif mécanique comporte plu- sieurs pièces mobiles indépendantes disposées le long de la longueur de la ligne. 8. Circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce que les pièces mobiles sont toutes disposées dans un support commun muni de plusieurs trous filetés. 9. Circuit selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, dans lequel la fréquence d'accord peut être modifiée au moyen d'un composant disposé à au moins une extrémité de la ligne, composant dont la valeur électrique est variable en fonction d'un paramètre de commande, caractérisé en ce qu'une des pièces mobiles est placée sous le dit composant.