Brevet FR2621755A1 — publié le 19890414

La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour étendre la réponse en fréquence d'un compo- sant dont le signal de sortie diminue à fréquence élevée. Les tendances récentes dans les communications à cadence de bits élevée font apparaître un besoin portant sur un système de traitement de signal capable de fonctionner du courant continu jusqu'en hyperfréquence. Malheureusement, de nombreux composants tels que des circuits, des dispositifs à semiconducteurs, et en particulier des diodes laser, ont un signal de sortie qui diminue lorsque la fréquence aug- mente. A titre d'exemple, un modèle caractéristique pour des diodes laser consiste en une résistance en parallèle avec une impédance capacitive. Par conséquent, lorsque la fré- quence augmente, l'impédance capacitive diminue, ce qui di- minue l'impédance d'entrée'du composant, et diminue donc la tension appliquée et le signal de sortie du dispositif. De façon caractéristique, pour augmenter la fré- quence de fonctionnement, on est conduit à concevoir des dispositifs ayant une capacité réduite. On monte ensuite ces dispositifs de façon à minimiser la longueur des fils de connexion, pour réduire toute inductance série. En outre, du fait que la résistance de la diode laser est de façon carac- téristique d'environ 5 ohms ( une résistance d'environ 451. en série avec le dispositif. Cette résistance supplémentaire assure une adaptation d'im- pédance, ce qui conduit à une faible réflexion du signal transmis lorsque le dispositif est connecté à un cable coa- 262 1755 xial ayant une impédance caractéristique de 50Q.. On a con- sidéré précédemment qu'il était nécessaire d'obtenir une faible réflexion, et donc l'adaptation d'impédance, pour obtenir une réponse en fréquence plate du continu jusqu'en hyperfréquence. Dans la demande de brevet française intitu- lée "Dispositif i générati i signal haute fréquence et procédé de fabrication", déposée le même jour par la demanderesse, M.Toda décrit un système de traitement de signal dans lequel une ligne de transmission est branchée entre des moyens des- tinés à fournir un signal et un composant. La ligne de transmission résonne à une fréquence telle que l'effet d'ac- centuation du signal de sortie à la fréquence de résonance compense la diminution du signal de sortie du composant, ce qui étend la réponse en fréquence du composant. Plus préci- sèment, une impédance de couplage qui est placée entre la source de signal et la ligne de transmission, fixe la valeur d'accentuation de façon à obtenir une réponse en fréquence plate. Aussi bien larésistance série utilisée pour l'adapta- tion d'impédance dans la structure classique, que l'impédan- ce de couplage décrite par M. Toda produisent de la chaleur. Cette production de chaleur exige de façon caractéristique qu'un bottier de dispositif laser soit conçu de façon que la résistance soit placée à l'extérieur du bottier, pour pou- voir dissiper aisément la chaleur qui est produite. Cepen- dant, les exigences de maintien de fils conducteurs courts dans des dispositifs fonctionnant en haute fréquence, en combinaison avec les contraintes mécaniques qui sont impo- sées à des bottiers de laser, rendent particulièrement dif- ficile l'utilisation d'une résistance extérieure. En outre, cette résistance supplémentaire réduit le signal de sortie du laser, à cause de pertes résistives. Il serait donc souhaitable d'éliminer l'utilisa- tion d'une résistance et également d'étendre la réponse en fréquence d'un composant dont le signal de sortie diminue aux fréquences élevées. Un système de traitement de signal pour l'obtention d'une réponse en fréquence plate pour un composant dont l'amplitude du signal de sortie diminue lorsque la fréquence augmente au-delà d'une première fréquence, comprend des moyens de génération de signal qui sont destinés à produire un signal qui est appliqué à une ligne de transmission de composant. La ligne de transmission de composant est couplée au composant, et une impédance de couplage d'une valeur ap- proximativement égale à zéro est placée entre les moyens de génération de signal et la ligne de transmission de composant. La ligne de transmission de composant résonne à une seconde fréquence qui est supérieure à la première fréquence et elle présente une impédance caractéristique telle que la tension aux bornes du composant à une limite de fréquence basse est approximativement égale à la tension aux bornes du composant à la seconde fréquence. L'invention porte également sur un procédé d'obtention d'une réponse en fréquence plate pour un composant dont le signal de sortie diminue au-delà d'une première fréquence. Le procédé comprend la formation d'une ligne de transmission qui résonne à une seconde fréquence supérieure à la première fréquence, la génération d'un signal, le couplage du signal à la ligne de transmission et le cou- plage de la ligne de transmission au composant. On règle l'impédance caractéristique de la ligne de transmission de façon que la tension aux bornes du composant à une limite de fréquence basse soit approximativement égale à la tension aux bornes du composant à la seconde fréquence. Un but de l'invention est d'augmenter la réponse en fréquence d'un composant dont le signal de sortie diminue à des fréquences élevées. Un avantage de l'invention consiste en ce qu'elle élimine des composants qui produisent de la chaleur. Un avantage supplémentaire de l'invention consiste en ce que le signal de sortie du composant est augmenté. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent respectivement: Figure 1: un schéma d'un mode de réalisation de l'invention. Figure 2: une courbe de réponse de sortie qui ré- sulte du système de traitement de signal de la figure 1. Figure 3: une vue en perspective d'un système de traitement de signal optique de l'invention, monté sur un support. Sur la figure 1, un système de traitement de signal comprend des moyens de génération de signal 11 destinés à produire un signal, et qui comprennent de façon caractéris- tique une source de tension de signal 12 et une résistance adaptée de source 14. La résistance adaptée de source 14 est couplée à une ligne de transmission de source 16 ayant une première impédance caractéristique Z. La ligne de transmis- sion de source 16 est couplée à une ligne de transmission de composant 20, avec une impédance d'environ zéro ohm placée entre elles. La ligne de transmission de composant 20 a une seconde impédance caractéristique Z2 qui est inférieure à la première impédance caractéristique Z1, et elle est couplée à un composant 22 tel qu'une diode laser à semiconducteur. Les moyens de génération de signal 11 peuvent com- prendre la source de tension de signal 12 et l'impédance adaptée de source 14. La source de tension de signal 12 peut être une source quelconque qui fournit un signal dans une gamme de fréquences, telle qu'un amplificateur à transistors pour l'émission designaux numériques ou analogiques. La ré- sistance adaptée de source 14 est de façon caractéristique une résistance interne de la source de signal, et elle a une valeur qui est comprise de façon caractéristique entre 10 et /L. Set- une variante, les moyens de génération de signal 11 peuvent consister en un connecteur ou une ligne de trans- mission qui peut être couplé à une autre ligne de transmis- sion qui fournit le signal. La ligne de transmission de source 16 peut avoir n'importe quelle longueur arbitraire, y compris zéro, et elle consiste de façon caractéristique en une ligne à bande métallisée, formée sur une plaque de céramique dont on peut modifier la métallisation, et donc la première impédance ca- ractéristique Z1, par des techniques classiques de photoli- thographie et de gravure. La première impédance caractéris- tique Z1 est de préférence approximativement égale à la ré- sistance adaptée de source 14. La ligne de transmission de source 16 peut également être un câble coaxial. Il faut no- ter qu'on peut coupler des lignes de transmission ou des connecteurs supplémentaires entre les moyens de génération de signal 11 et la ligne de transmission de source 16. La ligne de transmission de composant 20 résonne initialement à une seconde fréquence qui est supérieure à une première fréquence à laquelle le signal de sortie du composant 22 commence à diminuer. Pour une diode laser, on choisit de façon caractéristique la fréquence de résonance de façon qu'elle soit d'environ 1,5 fois à environ 3 fois supérieure à la fréquence à laquelle la tension de sortie est au niveau de -3 décibels (dB). Cette résonance résulte de façon caractéristique du fait que la longueur de la ligne de transmission de composant 20 est approximativement égale au quart de la longueur d'onde ( propagation d'environ 1,95 x 108 mètres par seconde (m/s). Un effet d'accentuation dans le signal de sortie du composant 22 se produit lorsque la fréquence du signal transmis atteint cette fréquence de résonance. L'amplitude de cette accentua- tion est déterminée par la différence entre l'impédance de source de la ligne de transmission de composant 20 et la se- conde impédance caractéristique Z2. Lorsque l'impédance de source de la ligne de transmission de composant et la secon- de impédance caractéristique Z2 sont presque égales, il n'apparaît aucune accentuation. Lorsque la différence entre ces impédances augmente, l'amplitude de l'accentuation aug- mente également jusqu'à ce qu'elle atteigne son maximum au moment o l'impédance de source est adaptée à l'impédance d'entrée de la ligne de transmission de composant 20. L'im- pédance de source est l'impédance équivalente qui est vue de la ligne de transmission de composant 20, vers les moyens de génération de signal 11. Lorsque la résistance adaptée de source 14 est approximativement égale à la première impédan- ce caractéristique Z1, l'impédance de source de la ligne de transmission de composant 20 est de façon générale approxi- mativement égale à la valeur de la première impédance carac- téristique Z1. L'impédance d'entrée est l'impédance équiva- lente de la ligne de transmission de composant 20, en direc- tion du composant 22. A la fréquence de résonance, l'impé- dance d'entrée est approximativement égale au carré de la seconde impédance caractéristique Z2, divisé par une impé- dance de charge. L'impédance de charge est de façon générale approximativement égale à l'impédance du composant 22, bien qu'on puisse également déterminer les connexions entre le composant 22 et la ligne de transmission de composant 20 pour former l'impédance de charge, en employant des techni- ques bien connues. On peut donc modifier l'amplitude de l'accentua- tion en changeant la valeur de la seconde impédance caracté- ristique Z2 et la longueur de la ligne de transmission de composant 20, et si ces valeurs sont correctement choisies, l'effet d'accentuation compensera le signal de sortie dé- croissant du composant 22. On choisit de façon générale la seconde impédance caractéristique Z2 et la longueur de la ligne de transmission de composant 20 en contrôlant le si- gnal de sortie du composant 22 de façon à obtenir une ré- ponse en fréquence approximativement plate. Une réponse en fréquence plate varie de façon caractéristique de moins de %, et de préférence de moins de 10%, et on contrôle de façon caractéristique le signal de sortie d'une diode laser en couplant sa sortie à une photodiode PIN qui est connectée à un analyseur de spectre. On peut également déterminer la seconde impédance caractéristique Z2 et la longueur de la ligne de transmission de composant 20 de façon que la puis- sance qui est appliquée au composant 22 à la limite de fré- quence basse soit approximativement égale à la puissance qui est appliquée à ce composant à la fréquence de résonance. La limite de fréquence basse correspond au signal de sortie de fréquence basse au voisinage du courant continu, comme par exemple entre 0 et 50 MHz, et elle correspond de préférence au courant continu, pour lequel d'autres composants tels que des condensateurs qui diminuent l'amplitude de sortie au voisinage du courant continu, ne sont pas pris en considéra- tion. Comme le montre la figure 2, une seconde impédance ca- ractéristique Z2 d'environ 30. conduit à une réponse appro- ximativement plate jusqu'à environ 3,4 GHz. On obtient cette réponse plate en utilisant une ligne de transmission de source qui a une impédance caractéristique de 50XQ, avec une fréquence de résonance choisie à environ 3,4 GHz, et la li- gne de transmission de composant est couplée à une diode laser qui est modélisée par une résistance d'environ 5/ en parallèle avec une capacité d'environ 15 picofarads (pF). De plus, à la fréquence de résonance, qui est généralement com- prise entre 1 et 10 GHz, l'impédance du composant est faible et l'impédance caractéristique de la ligne de transmission de composant 20 est de façon générale supérieure à l'impé- dance du composant 22. En outre, l'impédance caractéristique de la ligne de transmission de source 16 est de façon géné- rale supérieure à l'impédance caractéristique de la ligne de transmission de composant 20. Il faut noter que l'impédance de source et l'impé- dance d'entrée de la ligne de transmission de composant 20 ne sont pas adaptées comme dans une adaptation d'impédance quart d'onde classique. On considère de façon générale que cette adaptation d'impédance est indésirable lorsqu'on tente d'obtenir une réponse en fréquence plate du continu jusqu'en hyperfréquence, du fait qu'une accentuation correspondant à une amplitude maximale se produit à la fréquence de résonan- ce, ce qui rend cette adaptation d'impédance plus appropriée pour des applications passe-bande à bande étroite. En outre, lorsque l'impédance du composant est complexe, comme c'est le cas avec une résistance en parallèle sur une capacité, l'adaptation d'impédance devient plus difficile. Contraire- ment à l'adaptation d'impédance classique ayant une réfle- xion approximativement égale à zéro, l'impédance de source et l'impédance d'entrée de la ligne de transmission de com- posant 20 sont intentionnellement désadaptées, et il appa- raît de façon générale une réflexion comprise entre environ % et 80% dans la ligne de transmission de composant 20. La ligne de transmission de composant 20 est de façon géné- rale une ligne à bande métallisée qui est formée sur une plaque de céramique dont on peut modifier la métallisation, et donc la seconde impédance caractéristique Z2', par des techniques classiques de photolithographie et de gravure. Le composant 22 est de façon caractéristique une diode laser qui peut être modélisée par une résistance en parallèle sur un condensateur. La résistance a une valeur comprise de façon caractéristique entre environ 1 et 10f9L, et la capacité est comprise de façon caractéristique entre environ 5 et 200 pF. Il faut noter que l'invention s'appli- que également à d'autres composants, tels que des circuits ou des semiconducteurs, y compris des transistors, dont le signal de sortie diminue à des fréquences élevées. Comme le montre la figure 3, un laser 302 est monté de manière carac- téristique de façon qu'un premier contact électrique soit brasé sur une embase 304 en cuivre. Un fil 310 en forme de ruban, d'environ 0,5 millimètre (mm) de longueur connecte la ligne de transmission de composant 320, qui est montée sur une plaque de céramique 321, à un second contact électrique du laser 302. Une source de tension continue 322 pour polari- ser le laser est connectée à une inductance d'arrêt 324 qui est connectée à la ligne de transmission de composant 320. Un condensateur de blocage du courant continu 326 est égale- ment placé sur la ligne de transmission de composant 320. Le signal est appliqué à la ligne de transmission de source 328 par l'intermédiaire d'un câble coaxial 330, et la ligne de transmission de source est elle- même connectée à la ligne de transmission de composant 320. Il faut noter que dans un sys- tème de communication, la longueur de la ligne de transmis- sion de source 16, représentée sur la figure 1, peut être égale à zéro, et les moyens de génération de signal 11, tels qu'un amplificateur à transistors, peuvent être directement connectés à la ligne de transmission de composant 20. En fonctionnement, comme représenté sur la figure 1, la source de signal 12 fournit un signal dont la fréquence peut aller du continu jusqu'aux hyperfréquences. Le signal est transmis au composant 22 en passant par la ligne de transmission de source 16 et la ligne de transmission de com- posant 20. Lorsque la fréquence de la source de signal aug- mente, le signal de sortie du composant 22 diminue. Cette di- minution du signal de sortie est compensée par l'effet d'ac- centuation de la ligne de transmission de composant quart d'onde 20. On commande la valeur d'accentuation appropriée en réglant la longueur et l'impédance caractéristique de la ligne de transmission de composant, de façon que la tension aux bornes du composant à la limite de fréquence basse soit approximativement égale à la tension aux bornes du composant à la fréquence de résonance. On obtient donc une réponse en fréquence plate, bien qu'il existe une désadaptation d'impé- dance entre la ligne de transmission de composant 20 et le composant 22, du fait que le niveau de réflexion reste ap- proximativement constant à toutes les fréquences. Il faut 262 1755 noter que du fait que l'impédance adaptée de source 14 est approximativement égale à la première impédance caractéris- tique Z1, il n'apparaît pas de maximums résonnants ou para- sites supplémentaires dans l'amplitude du signal de sortie, du fait que toute la réflexion provenant de la charge est absorbée par la résistance adaptée de source 14. La présente invention étend notablement la réponse en fréquence plate d'un composant, tel qu'une diode laser, tout en simplifiant la conception du bottier, en augmentant l'amplitude du signal de sortie et en réduisant la dissipa- tion de chaleur, par l'élimination d'une résistance. En ou- tre, les caractéristiques de phase sont approximativement linéaires et, par conséquent, toute information numérique transmise ne sera pas notablement modifiée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement de signal couplé à un composant (22) dont l'amplitude de sortie diminue lorsque la fréquence d'un signal d'entrée augmente au-delà d'une pre- mière fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de génération de signal (11) destinés à fournir un signal ayant une plage de fréquences; une ligne de transmis- sion de composant (20) qui résonne à une seconde fréquence supérieure à la première fréquence; et une impédance de cou- plage approximativement égale à zéro, couplée entre les moyens de génération de signal (11) et la ligne de transmis- sion de composant (20), cette ligne de transmission de com- posant (20) étant couplée au composant (22) et ayant une im- pédance caractéristique d'une valeur telle que la tension aux bornes du composant (22) à la limite de fréquence infé- rieure est approximativement égale à la tension aux bornes du composant à la seconde fréquence. 2. Dispositif de traitement de signal selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que la seconde fréquence est d'environ 1,5 fois à environ 3 fois supérieure à la fré- quence à laquelle le signal de sortie du composant (22) est au niveau de -3 décibels. 3. Dispositif de traitement de signal selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que l'impédance caractéris- tique de la ligne de transmission de composant (20) est su- périeure à l'impédance du composant (22) à la seconde fré- quence. 4. Dispositif de traitement de signal selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le composant consiste en une diode laser à semiconducteur (22). 5. Dispositif de traitement de signal selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que les moyens de généra- tion de signal (i1) comprennent une source de signal (12) ayant une résistance adaptée de source (14). 6. Dispositif de traitement de signal selon la re- vendication 5, caractérisé en ce que la source de signal (12) est couplée à une ligne de transmission de source (16) et la ligne de transmission de source (16) est couplée à la ligne de transmission de composant (20). 7. Dispositif de traitement de signal selon la re- vendication 6, caractérisé en ce que l'impédance caractéris- tique de la ligne de transmission de source (16) est appro- ximativement égale à la résistance adaptée de source (14). 8. Procédé pour étendre la réponse en fréquence plate d'un composant (22) dont l'amplitude de signal de sor- tie diminue lorsque la fréquence du signal de sortie augmen- te au-delà d'une première fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: on produit un signal d'entrée à partir d'une source (12); on forme une ligne de transmission de composant (20) qui résonne à une seconde fréquence qui est supérieure à la première fréquence; on ap- plique le signal d'entrée à la ligne de transmission de com- posant (20) par l'intermédiaire d'une impédance de couplage d'environ zéro ohm; on couple la ligne de transmission de composant (20) au composant (22); et on règle l'impédance caractéristique de la ligne de transmission de composant (20) de façon que la tension aux bornes du composant (22) à une limite de fréquence basse, soit approximativement égale à la tension aux bornes du composant à la seconde fréquence. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre le réglage de la longueur et de l'impédance caractéristique de la ligne de transmission de composant (20), de façon que le signal de sortie du com- posant (22) ait une amplitude approximativement plate entre le courant continu et la seconde fréquence. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le signal de sortie varie de moins de 30% entre le courant continu et la seconde fréquence. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le signal de sortie varie de moins de 10% entre 262 1755 le courant continu et la seconde fréquence. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'impédance de la source (12) et l'impédance d'en- trée de la ligne de transmission de composant (20) sont suf- fisamment désadaptées pour produire une réflexion comprise entre environ 70% et 80% dans la ligne de transmission de composant (20).