Brevet FR2612023A1 — publié le 19880909

La présente invention concerne un dispositif de commande bidirectionnelle d'un signal électrique de puissance à très haute fréquence. On sait que, par exemple dans les émetteurs VHF ou UF, il est parfois nécessaire de commander le passage ou l'arrêt d'un signal électrique à très haute fréquence. Ceci est par exemple nécessaire lorsque, afin de pouvoir filtrer avec peu de pertes un signal d'émission dont le domaine spectral occupé est situé en des positions quelconques d'une large bande de fréquences (par exemple entre 100 MHz et 500 MHz), on utilise plusieurs filtres en parallèle, plutot qu'un filtre unique. Il est alors nécessaire de commuter rapidement ledit signal d'émission, en fonction de sa fréquence, pour l'adresser vers celui desdits filtres qui est le mieux approprié à sa fréquence instantanée. On connaît déjà des interrupteurs destinés à commander le passage bidirectionnel d'un signal électrique à très haute fréquence entre deux bornes, ces interrupteurs comportant deux diodes opposées montées en série entre lesdites bornes, un circuit de polarisation relié au point commun desdites diodes pour en commander la conduction et des circuits de dérivation à la masse du courant continu traversant lesdites diodes lorsqu'elles sont conductrices. Ainsi, lorsqu'aucun courant de polarisation n'est adressé auxdites diodes par l'intermédiaire dudit circuit de polarisation, celles-ci sont bloquantes, de sorte que l'interrupteur est ouvert. En revanche, lorsqu'un courant de polarisation approprié est adressé auxdites diodes par ledit circuit de polarisation, ces diodes sont conductrices de sorte que l'interrupteur est fermé et qu'un signal à haute fréquence peut passer d'une borne à l'autre. Dans ce dernier cas, les courants continus de polarisation traversant les diodes conductrices s'évacuent par lesdits circuits de dérivation, qui comportent des inductances pour éviter la dérivation à la masse dudit signal à haute fréquence. Cependant, de tels interrupteurs ne donnent pas entièrement satisfaction. En effet, leur pouvoir de coupure, lorsqu'ils sont ouverts (diodes bloquantes), n'est pas absolu et décroît lorsque la fréquence du signal à interrompre augmente. On peut même considérer que, si laf-réquence dudit signal est très élevée (plusieurs centaines de MHz), ledit interrupteur ouvert se comporte seulement comme un atténuateur de signal et non pas comme un interrupteur. Il en résulte des effets nuisibles, qui ont d'autant plus d'importance que le signal à très haute fréquence est plus puissant. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle concerne un dispositif de commande bidirectionnelle d'un signal électrique de puissance (plusieurs dizaines ou quelques centaines de Watts) à très haute fréquence (plusieurs centaines de MHz). A cette fin, selon l'invention, le dispositif de commande bidirectionnelle d'un signal électrique de puissance à très haute fréquence, comportant deux diodes opposées montées en série entre deux bornes, des premiers moyens de polarisation pour commander en commun, à la conduction ou au blocage, lesdites diodes et des moyens de dérivation à la masse du courant continu traversant lesdites diodes lorsqu'elles sont rendues conductrices, est remarquable en ce qu'il comporte une diode de type PIN reliant à la masse le point commun desdites diodes opposées, ainsi que des seconds moyens de polarisation permettant de polariser ladite diode de type PIN, d'une part, en inverse lorsque lesdites diodes opposées sont commandées à la concuctios. et, d'autre part, en direct, lorsque lesdites diodes opposées sont commandées au blocage. Ainsi, lorsque lesdites diodes opposées sont commandées la conduction, c'est-à-dire lorsque ledit dispositif de commande selon l'invention se comporte comme un interrupteur fermé, la diode de type PIN, qui est polarisée en inverse, est équivalente à une faible capacité (de l'ordre de 0,5 picofarads) de sorte que sa conduction pour le signal à haute fréquence est très faible et qu'une faible partie de celui-ci est dérivée à la masse à travers ladite diode de type PIN. Par suite, la presque totalité dudit signal à haute fréquence passe de la borne à laquelle il est appliqué à l'autre borne, à travers lesdites diodes opposées qui se comportent alors comme des courts-circuits. En revanche, lorsque lesdites diodes opposées sont commandées au blocage, c'est-à-dire lorsque ledit dispositif de commande selon l'invention se comporte comme un interrupteur ouvert, la diode de type PIN, qui est polarisée en direct, est équivalente à une faible résistance dynamique (de l'ordre de quelques dixièmes d'ohm) mettant à la masse le montage en série desdites diodes. On peut alors obtenir, entre les deux bornes, une atténuation de l'ordre de 60 dB, de sorte que l'interruption de courant de très haute fréquence est particulièrement efficace. Afin de bloquer le courant continu de polarisation desdites diodes opposées, il est nécessaire d'interposer une capacité entre lesdites diodes opposées et ladite diode de type PIN. Cependant, afin que cette capacité ne soit pas un obstacle à la mise à la triasse du montage en série desdites diodes opposées lorsque le dispositif est bloquant, il serait nécessaire que cette capacité soit importante, et donc scit constituée par un condensateur de grand volume. Pour éviter les inconvénients d'encombrement d'un condensateur de grand volume, il est préférable de prévoir une inductance en série avec ladite capacité, de façon à former un circuit résonnant série, dont la fréquence de résonance est de l'ordre de celle dudit signal à très haute fréquence. Ainsi, à cette fréquence de résonance, il se produit un pic de conduction de la dérivation à la terre et donc un effondrement de transmission de signal entre lesdites bornes. Il est particulièrement avantageux que cette inductance soit obtenue non pas par un composant discret, mais par une inductance parasite répartie. Pour ce faire, on réalise le dispositif selon l'invention sous la forme d'un circuit hybride à couche conductrice épaisse, par exemple de l'ordre de 0,2 mm. Lorsque le dispositif selon l'invention est destiné à former un commutateur ou aiguilleur de signal de puissance à très haute fréquence, il comporte avantageusement une pluralité de dispositifs du type interrupteur décrit ci-dessus, montés en parallèle, une borne de chacun desdits dispositifs étant commune à tous. Dans ce cas, le dispositif de commande bidirectionnelle d'un signal électrique de puissance à très haute fréquence entre d'une part une borne commune, et, d'autre part, l'une ou l'autre d'une pluralité de bornes individuelles est remarquable en ce qu'il comporte autant d'interrupteurs que de bornes individuelles, chacun desdits interrupteurs comportant, entre ladite borne commune et la borne individuelle correspondante, deux diodes opposées montées en série, des premiers moyens de polarisation pour commander en commun, à la conduction ou au blocage, lesdites deux diodes et des moyens de dérivation à la masse du courant continu traversant lesdites deux diodes lorsqu'elles sont rendues conductrices et en ce que chaque interrupteur comporte une diode de type PIN reliant à la masse le point commun desdites diodes opposées, ainsi que des seconds moyens de polarisation permettant de polariser ladite diode de type PIN, d'une part, en inverse lorsque lesdites deux diodes opposées sont commandées à la conduction et, d'autre part, en direct, lorsque lesdites deux diodes opposées sont commandées au blocage. Avantageusement, du côté de ladite borne commune, lesdits moyens de dérivation de courant à la masse sont communs à tous lesdits interrupteurs. De préférence, dans chaque interrupteur, une capacité est interposée entre lesdites deux diodes opposées et ladite diode de type PIN et une inductance est montée en série avec ladite capacité de façon à former un circuit résonnant série, dont la fréquence de résonance est de l'ordre de celle dudit signal à très haute fréquence. Comme il a été dit ci-dessus, lesdites inductances peuvent être des inductances parasites réparties et le dispositif peut être réalisé en technologie hybride à couche conductrice épaisse. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 donne le circuit électrique d'un interrupteur pour signal électrique de puissance à très haute fréquence conforme à la présente invention. Les figures 2 et 3 donnent des schémas électriques équivalents de l'interrupteur montré par la figure 1. La figure 4 illustre, en vue agrandie, un mode de réalisation avantageux du circuit électrique de la figure 1. La figure 5 donne le schéma électrique d'un commutateur conforme à la présente invention. L'interrupteur I, conforme à la présente invention et montré par la figure 1, est destiné à couper un signal de puissance de très haute fréquence (par exemple quelques centaines de MHz) pouvant circuler dans les deux sens entre deux bornes B1 et B2. Chacune de ces bornes B1 et B2 est de type coaxial et comporte un blindage périphérique, T1 ou T2 respectivement, relié à la masse et une âme conductrice, Al ou A2 respectivement, découplée de la masse par un montage en série d'une inductance et d'une résistance, portant respectivement les références L1,R1 et L2,R2. Les points communs respectifs à l'inductance L1 et à la résistance R1, et à l'inductance L2 et à la résistance R2 portent respectivement les références 1 et 2. Le point 3, commun à l'amie Al de la borne B1 et au montage série L1 R1, est relié à la cathode d'une diode D1. De même, le point 24, commun à l'amie A2 de la borne B2 et au montage série L2 R2, est relié à la cathode d'une diode D2. Les anodes des diodes D1 et D2 sont reliées à un point commun 5. Par une inductance L3, ledit point 5 commun aux diodes D1 et D2 est relié à une première borne de commande bl, découplée de la masse par une capacité C1, le point commun à celle-ci et à l'inductance L3 portant la référence 6. Par ailleurs, ledit point 5 commun aux diodes D1 et D2 est réuni à la masse par une diode S de type PIN, dont la conduction est commandée à partir d'une borne de commande b2. Une capacité C2 est disposée entre ledit point 5 commun aux diodes D1 et D2 et l'anode de la diode S ; le pont commun à la diode S et à la capacité C2 est relié à la borne de commande b2 par une inductance L4.Cette borne de commande b2 est découplée de la masse par une capacité C3 et le point commun à celle-ci et à l'inductance L4 porte la référence 8. Aux bornes de commande bl et b2, il est possible d'appliquer soit des tensions négatives, soit des courants positifs, de sorte que le dispositif fonctionne de la manière décrite ci-après. I - Fonctionnement en interrupteur fermé Lorsque l'on veut transmettre un signal de puissance à très haute fréquence entre la borne B1 (ou B2) et la borne B2 (ou B1), on applique simultanément - à la borne de commande bi un courant positif de polarisation susceptible de rendre les diodes Di et D2 conductrices. Ce courant s'écoule entre la borne de commande bi et la masse, respectivement en suivant le trajet b1,6,L3,5,Dl, 3,lui,1 et R1 et le trajet bl,6,L3,5,D2,4,L2,2 et R2.Les deux diodes D1 et D2 se comportent alors pratiquement comme des courts-circuits entre les bornes B1 et B2 - à la borne de commande b2 une tension négative de polarisation en inverse, de sorte que la diode S est alors équivalente à une faible capacité. Dans ce cas, le schéma équivalent de l'interrupteur I est donné par la figure 2 et la conduction de la branche 5,C2,S est faible pour le signal à très haute fréquence. Par suite, la presque totalité de celui-ci passe de la borne à laquelle il a été appliqué à l'autre borne. II - Fonctionnement en interrupteur ouvert Lorsque l'on veut interrompre la transmission du signal de puissance à très haute fréquence entre la borne B1 (ou B2) et la borne B2 (ou B1), on applique simultanément - à la borne de commande bl une tension négative de polarisation inverse, verrouillant les diodes D1 et D2. Celles-ci sont alors équivalentes à des capacités de très faibles valeurs - à la borne de commande b2, un courant positif de polarisation, de sorte que la diode S devient équivalente à une très faible résistance. Le schéma équivalent est représenté sur la figure 3. On peut y voir que, à cause de la faible valeur des capacités D1 et D2, la transmission du signal à très haute fréquence est faible entre les bornes B1 et B2, tandis que, à cause de la faible valeur de la résistance S, le point 5 est pratiquement au potentiel de la masse. Par suite, les bornes B1 et B2 sont pratiquement totalement isolées l'une de l'autre en très haute fréquence. Ce qui vient d'être dit en ce qui concerne le potentiel du point 5 suppose que la capacité C2, qui a essentiellement pour objet d'empêcher le courant de polarisation appliqué sur la borne l1 d'atteindre la diode S, présente une valeur importante, pour ne pas constituer un obstacle à l'écoule- ment du signal à très haute fréquence vers la masse. Il est donc nécessaire que cette capacité soit constituée par un condensateur volumineux. Pour éviter les inconvénients d'un tel condensateur (encombrement et rayonnement), selon une particularité de l'invention, on peut prévoir (voir la figure 1) une inductance L5 en série avec le condensateur C2, cette inductance et ce condensateur étant choisis pour former un circuit résonnant série LC, dont la fréQuence ce résonance est proche de la fréquence du signai à très haute fréquence à couper. Ainsi, l'impédance du cicuit LC est très faible à cette fréquence, de sorte que le point 5 est pratiquement réuni directement à la masse dans ce mode de fonctionnement. L'isolation de transmission entre les bornes B1 et B2 est donc alors très élevée. Selon une autre particularité de l'invention, cette inductance L5 est une inductance parasite repartie, provenant de la réalisation technologique de l'interrupteur I. La figure 4 illustre un mode de réalisation de l'interrupteur I en technologie hybride en couche épaisse. Sur une plaquette isolante 10,- on a gravé (et non sérigraphié) des plages conductrices 11 à 18, dans une couche métallique épaisse de l'ordre de 0,2 mm d'épaisseur. La plage conductrice 11 constitue une zone de masse à laquelle sont reliées la résistance R1, la diode PIN S et la capacité C3. De même, la plage conductrice 12 constitue une zone de masse à laquelle sont reliées la capacité C1 et la résistance R2. La plage 13 correspond au point commun 3 reliant l'âme Al, l'inductance L1 et la cathode de la diode D1. La plage 14 correspond au point commun 4 reliant l'âme A2, 7'inductance L2 et la cathode de la diode D2. La plage 15 correspond au point commun 5 reliant les anodes de diodes D1 et D2, la capacité C2 et l'inductance L3. La plage 16 correspond au point commun 6 reliant la borne de commande b1, la capacité Ci et l'inductance L3.La plage 17 correspond au point commun 7 reliant la diode PIN S, la capacité C2 et l'inductance L4. Enfin, la plage 1E correspond au point commun 8 reliant la borne de commande b2, la capacité C3 et l'inductance L4. L'inductance parasite de la capacité C2, augmentée de celles des plages conductrices 11,15 et 17 reliant ladite capacité C2 aux diodes D1 et D2 ainsi qu'à l'inductance L4 et à la diode PIN S, forme l'inductance L5 du circuit résonant série L5C2. Sur la figure 5, on a représenté un dispositif de commutation selon l'invention permettant de commuter un signal de puissance à très haute fréquence, dans les deux sens, entre une borne commune B1 et l'une ou l'autre d'une pluralité de bornes individuelles B2. Pour cela, on prévoit une pluralité de dispositifs I1,I2,I3 disposés respectivement en parallèle entre la borne commune B1 et une borne B2. Chaque dispositif 11,I2,I3 est identique au dispositif I de la figure 1, à l'exception près qu il n'existe qu'un seul montage L1,R1, commun à tous les dispositifs I1,I2 et 13. On conçoit aisément qu'en commandant les dispositifs 11,12 et I3 par leurs bornes respectives bl et b2 de la façon décrite ci-dessus pour le dispositif I, il est possible de rendre conducteur l'un quelconque desdits dispositifs, pendant que les autres sont commandés au blocage. Il est donc possible, par exemple, d'aiguiller un signal de très haute fréquence apparaissant à la borne commune B1 vers l'une ou l'autre desdites bornes B2. REVENDICAlIONS 1 - Dispositif de commande bidirectionnelle d'un signal électrique de puissance à très haute fréquence, comportant deux diodes opposées (D1,D2) montées en série entre deux bornes (B1,B2), des premiers moyens de polarisation (bi,L3) pour commander en commun à la conduction ou au blocage, lesdites diodes et des moyens (L1,R1-L2,R2) de dérivation à la masse du courant continu traversant lesdites diodes lorsqu'elles sont rendues conductrices, caractérisé en ce qu'il comporte une diode (S) de type PIN reliant à la masse le point commun (5) desdites diodes opposées (D1,D2), ainsi que des seconds moyens de polarisation (b2,L4) permettant de polariser ladite diode (S) de type PIN, d'une part, en inverse lorsque lesdites diodes opposées (D1,D2) sont commmandées à la conduction et, d'autre part, en direct, lorsque lesdites diodes opposées (D1,D2) sont commandées au blocage. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une capacité (C2) est interposée entre lesdites diodes opposées (D1,D2) et ladite diode (S) de type PIN. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une inductance (L5) montée en série avec ladite capacité (C2) de façon à former un circuit résonnant série, dont la fréquence de résonance est de l'ordre de celle dudit signal à très haute fréquence 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite inductance (L5) est une inductance parasite répartie. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est réalisé en technologie hybride à couche conductrice épaisse. 6 - Dispositif de commande bidirectionnelle d'un signal électrique de puissance à très haute fréquence entre d'une part une borne commune, et, d'autre part, l'une ou l'autre d'une pluralité de bornes individuelles, caractérisé en ce quil comporte autant d'interrupteurs que de bornes individuelles, chacun desdits interrupteurs comportant, entre ladite borne commune et la borne individuelle correspondante, deux diodes opposées (D1,D2) montées en série, des premiers moyens de polarisation (bl,L3) pour commander en commun, à la conduction ou au blocage, lesdites deux diodes et des moyens (L1,R1-L2,R2) de dérivation à la masse du courant continu traversant lesdites deux diodes lorsqu'elles sont rendues conductrices et en ce que chaque interrupteur comporte une diode (S) de type PIN reliant à la masse le point commun desdites deux diodes opposées (D1,D2), ainsi que des seconds moyens de polarisation (b2,L4) permettant de polariser ladite diode (S) de type PIN, d'une part, en inverse lorsque lesdites deux diodes opposées sont commandées à la conduction et, d'autre part, en direct, lorsque lesdites deux diodes opposées (D1,D2) sont commandées au blocage. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que, du côté de ladite borne commune, lesdits moyens (LI,R1) de dérivation de courant à la masse sont communs à tous lesdits interrupteurs. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que, dans chaque interrupteur, une capacité (C2) est interposée entre lesdites deux diodes opposées (D1,D2) et ladite diode (S) de type PIN et en ce qu'une inductance (L5) est montée en série avec ladite capacité (C2) de façon à former un circuit résonnant serte, dont la fréquence de résonance est de l'ordre de celle dudit signal à très haute fréquence. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites inductances (L5) sont des inductances parasites réparties. 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est réalisé en technologie hybride à couche conductrice épaisse.