Brevet FR2617337A1 — publié le 19881230

DISPOSITIF HYPERFREQUENCE EN ANNEAU La présente invention concerne un dispositif hyperfréquence à deux diodes montées en pont, de type commutateur ou modulateur d'amplitude, à large bande passante, dont les performances sont rendues indépendantes de la fréquence. Cet objectif est obtenu en neutralisant les courants réactifs des diodes, dus aux capacités des diodes lorsqu'elles sont à l'état bloqué. La neutralisation des courants réactifs est opérée au moyen de deux capacités montées en diagonale du pont, chacune d'elles étant branchée entre l'anode d'une diode et la cathode de l'autre, l'ensemble constituant ainsi un anneau équilibré. Des dispositifs tels qu'un modulateur ou un commutateur à diodes, utilisés dans les gammes d'hyperfréquence comprises entre 0,5 et 2 GHz par exemple, sont bien connus. A titre d'exemple un modulateur est donné en figure 1. Celui-ci comporte, entre une entrée 1 du circuit et une sortie 10, un premier étage d'alimentation symétrique des diodes qui peut être constitué par un transformateur microbobiné formé par un primaire 2 et deux bobinages secondaires 3 et 4. Ces deux bobinages secondaires alimentent deux diodes 5 et 6, montées dans le même sens, qui elles-mêmes sont connectées aux deux bobinages primaires 7 et 8 d'un transformateur de sortie dont le secondaire 9 alimente la sortie 10. Les diodes 5 et 6 sont polarisées à partir de deux points milieu 11 et 12 pris entre les bobinages 3 et 4 d'une part, 7 et 8 d'autre part. D'autres réalisations de modulateurs sont connues, soit utilisant une seule diode au lieu de deux, soit réalisées en technologie triplaque ou microstrip, ce qui ne change rien au problème auquel l'invention apporte une solution. Le problème soulevé par les modulateurs connus est que, lorsque les diodes sont à l'état bloqué, elles sont équivalentes à une capacité, qui a été représentée par une capacité 13 pour la diode 5 et une capacité 14 pour la diode 6, en pointillés. Or on constate que l'isolement, s'il s'agit d'un commutateur, ou l'affaiblissement obtenu à courant nul s'il s'agit d'un modulateur, diminue lorsque la fréquence augmente. Ce phénomène est représenté en figure 2 o l'on voit que l'isolement, qui s'exprime en décibels négatifs, diminue lorsque la fréquence augmente, dans la région des GHz. Ce phénomène est évidemment dû à la capacité des diodes à l'état bloqué. L'isolement, ou l'affaiblissement obtenu à courant nul, est optimum si le courant de sortie du dispositif est nul, c'est-à-dire si le courant débité par chaque diode est nul. Or, à l'état bloqué chaque diode présente une certaine capacité, qui est soumise à une tension électrique haute fréquence: le courant de chaque diode n'est pas nul. Selon l'invention, on oppose au courant d'une première diode, un courant en opposition de phase, prélevé avant la deuxième diode au moyen d'une capacité qui a sensiblement la même valeur que la capacité présentée par une diode à l'état bloqué: les deux courants s'annulent. Comme ce montage est symétrique, le courant résultant est lui aussi nul. De façon plus précise, l'invention consiste en un dispositif hyperfréquence en anneau, comportant une source de courant symétrique qui alimente par des tensions opposées les anodes de deux diodes montées en série dans le circuit, et dont les cathodes sont réunies à une charge, ce dispositif étant caractérisé en ce que; en vue de neutraliser les courants réactifs dûs aux capacités des diodes à l'état bloqué, il comporte des moyens, montés en anneau, pour injecter des courants égaux mais de signes opposés aux dits courants réactifs, ces moyens étant connectés chacun entre l'anode d'une première diode et la cathode d'une deuxième diode. L'invention sera mieux comprise par la description plus détaillée d'un exemple de réalisation, cette description s'appuyant sur le cas d'un modulateur réalisé en microcâblage, et sur les figures jointes en annexe qui représentent - figure I: schéma électrique d'un modulateur à deux diodes, selon l'art connu, prédédemment décrit, 26 1 7337 - figure 2 courbe de variation de l'isolement d'un commutateur de l'affaiblissement d'un modulateur selon l'art connu, précédemment décrit, - figure 3: schéma électrique d'un modulateur à deux diodes selon l'invention, en réalisation microcâblée, - figure 4: schéma comparable au schéma de la figure précédente lorsque les diodes sent bloquées, - figure 5: perfectionnement au schéma de la figure 3, - figure 6: courbes comparatives des performances d'un modulateur selon l'art connu et d'un modulateur comportant le perfectionnement de l'invention, - figure 7: exemple de réalisation en technologie microbande d'un modulateur selon l'invention. Le dispositif selon l'invention, représenté en figure 3, reprend tous les éléments connus du dispositif de l'art connu, tel qu'il est représenté en figure 1, et ceux-ci ont les mêmes indices de repères, afin de faciliter la comparaison. Selon l'invention, dans un modulateur à deux diodes 5 et 6, deux capacités 15 et 16 sont ajoutées, une première capacité 15, par exemple, étant connectée entre un point qui se trouve à l'anode d'une première diode 6 et la cathode de la deuxième diode 5, tandis qu'une deuxième capacité 16 est connectée entre l'anode d'une deuxième diode 5 et la cathode de la première diode 6, l'ensemble des deux diodes et des deux capacités formant ainsi un anneau. Lorsque le courant passe à travers les diodes 5 et 6, celles-ci sont comparables à une résistance, mais lorsque les diodes sont bloquées celles-ci sont comparables à deux capacités de faible valeur, qui étaient représentées en pointillés en 13 et en 14 sur la figure 1. Il en découle un courant réactif il pour la diode 5 et i2 pour la diode 6. Pour que le commutateur ait un isolement parfait, ou que le modulateur ait un affaiblissement optimum, il faut que les courants i'1 qui s'écoule dans le bobinage 7 et i'2 qui s'écoule dans le bobinage 8 s'annulent, et ils s'annulent plus sûrement s'ils sont eux- mêmes nuls. L'objet des deux capacités 15 et 16 est d'ajouter aux deux courants réactifs il et i2 des courants prélevés sur la branche opposée de l'anneau, tels que: i"2= - il et i"1 = - i2- Ainsi il et i"2 s'annulent, i2 et i"1 s'annulent. On peut représenter l'anneau du modulateur dans un circuit équivalent donné en figure 4. Les diodes 5 et 6 y sont représentées dans leur équivalent capacitif à l'état bloqué. Dans le cas le plus. simple, on peut considérer que les tensions d'alimentation E et -E' délivrées par le transformateur primaire et les bobinages 3 et 4, sont égales et de signes opposés. On peut considérer également que les capacités des diodes 5 et 6 sont égales. Si l'on appelle A et B les deux points de l'anneau qui constituent les points communs à une diode, une capacité et un bobinage du transformateur de sortie, on peut écrire: si E = - E', et si C5 = C6, alors VA= VB = 0 quelle que soit la fréquence, le transformateur de sortie connecté entre A et B n'est parcouru par aucun courant et l'isolement est infini ou l'affaiblissement du modulateur est optimum. Mais dans un cas plus général, VA = 0 si E'Ci5 = E C5 VB = 0 si E C16 = E' C6 pourvu que E' et E soient en opposition. Un exemple de réalisation d'un modulateur d'amplitude réalisé en technologie câblée selon le schéma de l'invention est donné en figure 5. On peut considérer que le modulateur a une partie centrale qui correspond exactement au modulateur selon l'invention donné en figure 3, mais il.1 comporte en outre un transformateur dissymétrique-symétrique 17 sur son entrée et un transformateur dissymétrique-symétrique 18 sur sa sortie, afin d'assurer un meilleur équilibre entre les tensions de haute fréquence sur les diodes 5 et 6. Les performances de ce modulateur ont été mesurées dans une gamme de fréquence comprise entre 0,2 et 2 GHz, pour une caractéristique de perte pour i=10 milliampères, et une caractéristique d'isolement i=0 et v=0. Les capacités des diodes étant pour chacune 0,27 pF, capacité totale jonction et bottier. Les deux capacités fixes 15 et 16 ajoutées ont également une valeur très voisine de 0,27 pF, et les performances de ce modulateur selon l'invention sont rapportées en figure 6, par comparaison. avec les performances d'un modulateur selon l'art connu dans les mêmes conditions. Les courbes 19 et 20 donnent respectivement la variation de perte et la variation de l'isolement pour un modulateur selon l'art connu conformément à la figure 1. Les courbes 21 et 22 donnent respectivement les variations de perte et d'isolement pour un modulateur selon l'invention conformément à la figure 5. On voit que l'invention présente un certain intérêt au moins jusqu'à 1,5 GHz. En ce qui concerne l'isolement, la courbe 22 qui correspond à un circuit microcâblé tel que celui de la figure 5 permet de mettre en évidence à 1, 5 GHz une amélioration de 18 dB. A la même fréquence et dans les mêmes conditions, les pertes n'augmentent que de 1 dB. La courbe 23 correspond à la variation de l'isolement pour un modulateur selon l'invention mais réalisé en technologie hybride microbande, conformément à la figure 7. On peut constater qu'à 1,5 GHz, le gain sur l'isolement n'est plus que de 12 dB, mais ceci est encore une amélioration considérable, compte tenu de ce que pour un modulateur selon l'art connu l'isolement était à 1,5 GHz de -30dB seulement. Les figures 1, 3, 4 et 5 correspondent à des réalisations de modulateur en technologie microcâblée, c'est-à-dire qu'elles comportent en fait de minuscules transformateurs bobinés sur des tores. On sait que dans le domaine des hyperfréquences on opère actuellement plus fréquemment avec des technologies intégrées, telle que la technologie triplaque et 'microbandes métalliques déposées sur un substrat. La figure 7 représente la réalisation d'un modulateur dans cette technologie microbande: sur une plaque de matériau céramique 24, dont la face.arrière est métallisée pour fournir un plan de masse, un diviseur de puissance 25, dit de Wilkinson, est déposé sous forme de microbande, et il permet de séparer la puissance appliquée sur l'entrée 1 en deux puissances égales, qui sont recueillies par deux microbandes 26 et 27, L'une des deux microbandes, par exemple la microbande 27 sur la figure, comporte une boucle qui permet de déphaser les courants de sorte que les tensions appliquées sur les deux microbandes, à la connexion avec les diodes 5 et 6, sont égales en amplitude mais de phases opposées, la boucle sur la microbande 27 étant calculée pour apporter un déphasage égal à. Les deux diodes 5 et 6 peuvent être déposées sur le substrat 24 sous forme de puces, ou reportées dans un bottier. Les capacités 15 et 16 peuvent être de petites capacités MOS, ou également tout simplement constituées chacune par deux fils soudés sur une microbande d'entrée et une microbande de sortie, ces deux fils étant isolés et torsadés pour amener entre eux une capacité sensiblement égale à la capacité de la diode utilisée. De même qu'un diviseur de puissance de Wilkinson permettait à l'entrée de diviser le courant en deux parties égales, d.e même un combineur permet à la sortie de combiner les deux courants. Le perfectionne'ment apporté par l'invention aux commutateurs ou aux modulateurs d'amplitude est essentiellement utilisé dans le domaine des hyperfréquences, pour le traitement des informations, soit en télécommunication, soit dans le domaine des radars à impulsions. L'invention a été décrite en s'appuyant sur l'exemple d'un modulateur d'amplitude, mais il est évident que toutes les variantes possibles dans les différentes technologies et relatives à des circuits proches de ceux des commutateurs ou des modulateurs tombent dans le domaine de l'invention, qui est précisé par les revendications suivantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif hyperfréquence en anneau, comportant une source de courant symétrique (3, 4) qui alimente par des tensions opposées (E, - E') les anodes de deux diodes (5, 6) montées en série dans le circuit, et dont les cathodes sont réunies à une charge (7, 8), ce dispositif étant caractérisé en ce que, en vue de neutraliser les courants réactifs (il, i2) dûs aux capacités des diodes (5, 6) à l'état bloqué, il comporte des moyens (15, 16), montés en anneau, pour injecter des courants (i'"1, i"2) égaux mais de signes opposés aux dits courants réactifs (il, i2), ces moyens étant connectés chacun entre l'anode d'une première diode (6) et la cathode d'une deuxième diode (5). 2. Dispositif hyperfréquence en anneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces moyens (15, 16) sont constitués par deux capacités, ayant une valeur voisine de la valeur de capacité présentée par une diode (5, 6) à l'état bloqué. 3. Dispositif hyperfréquence en anneau selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il constitue un modulateur d'amplitude. 4. Dispositif hyperfréquence en anneau selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il constitue un commutateur à diodes.