Brevet FR2614150A1 — publié le 19881021

L'invention se rapporte à un oscillateur à résonateur diélectrique et accord électrique de fréquence par varactor, notamment dans la gamme des 22 GHz (par exemple de 18 GHz à 24 GHz). La nouvelle génération des faisceaux Hertziens et des relais mo- biles opérant dans la gamme des 22 GHz, nécessite de plus en plus l'utilisation de sources hyperfréquence de haute stabilité, de faible consommation et de faible coût capables d'être également accordables électroniquement en fréquence. Les moyens employés dans la technologie antérieure consistaient à utiliser un composant à l'état solide, tel qu'un transistor à effet de champ (FET. As Ga) stabilisé grâce à un résonateur diélectrique, le moyen utilisé pour ajuster la fréquence de l'oscillateur consistant à déplacer un disque Juste au-dessus du résonateur. Or, lorsqu'on travaille aux environs de 22 GHz ou au-delà, il est nécessaire d'utiliser des puces de transistor FET AsGa. Pour éviter que ces puces ne se détériorent dans le temps il est nécessaire de faire le vide et d'introduire un gaz neutre à l'intérieur du bottier. On comprend aisément que tout réglage mécanique devient alors pratiquement impossi- ble lorsque l'oscillateur est monté sur le matériel, d'autant plus lorsque la fréquence de l'oscillateur varie dans le temps, d'o la nécessité d'utiliser un oscillateur à transistor et à résonateur diélectrique, accordable en fréquence à l'aide d'un varactor. En effet, lorsqu'on souhaite faire varier la fréquence d'un oscillateur à transistor et à résonateur diélectrique, ou pouvoir moduler cet oscillateur, un moyen utilisé consiste à coupler une ligne microruban à une ligne principale et à insérer un varactor dans la ligne couplée; Le résonateur diélectrique pouvant être placé entre les deux lignes. Dans une telle technologie, le réglage du résonateur diélectrique sert à la fois: - à coupler la ligne microruban contenant le varactor, à la ligne micro- ruban principale; - à déterminer la fréquence de l'oscillateur; - 2- - à obtenir la puissance de sortie optimale de l'oscillateur. Mais lorsqu'on travaille à des fréquences élevées, de l'ordre de 22 GHz par exemple, un d'oscillateur de ce type devient très critique à mettre en oeuvre et particulièrement délicat à régler en production de série. La présente invention a pour objet de pallier de tels inconvé- nients. L'invention propose à cet effet un oscillateur à résonateur diélectrique et accord électronique de fréquence par varactor, notamment dans la gamme des 22 GHz, caractérisé en ce qu'il comprend un élément électronique actif à résistance négative, au moins deux résonateurs diélectriques, un varactor et un substrat à la surface duquel sont disposés trois pistes microruban, à la première et à la seconde pistes, qui sont situées dans le prolongement l'une de l'autre, étant connectées respectivement deux électrodes de l'élément actif, à la troisième piste de direction parallèle aux deux première étant connecté le varactor, les résonateurs diélectriques étant couplés à la première piste microruban. Avantageusement la première et la troisième piste ont une première extrémité couplée respectivement à deux charges 50j%, la seconde piste ayant une première extrémité couplée à une quatrième ligne reliée à une fiche de sortie hyperfréquence. L'élément électronique actif à résis- tance négative étant un transistor FET ayant deux de ses électrodes, grille et drain, reliées respectivement aux secondes extrémités de la premiere et de la seconde lignes. Ce transistor a ses autres électrodes soudées sur un petit support situé dans une ouverture oblongue réalisée dans le substrat. Dans une première variante de réalisation, l'oscillateur de l'invention comprend deux résonateurs diélectriques respectivement situés de part et d'autre de la première piste microruban. Le fait d'utiliser deux résonateurs diélectriques permet de séparer les fonctions de couplage et de réglage en fréquence et permet donc un réglage bien plus souple et plus aisé que dans les montages utilisant un seul résonateur diélectrique. Dans une seconde variante de réalisation l'oscillateur de l'invention comprend trois résonateurs diélectriques disposés entre la -3- première et la troisième pistes microruban. Une telle réalisation permet d'une part d'obtenir un excellent couplage entre la première et ia troisième ligne microruban, et d'autre part d'améliorer le temps de réglage de l'oscillateur. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse l'oscillateur de l'invention se compose principalement d'un bottier sur lequel vient se souder le substrat, le transistor en puce étant soudé sur un support, par exemple en cuivre lui-même soudé sur la masse même du bottier. La polarisation du transistor s'effectue à travers des traver- sées étanches de grille et de drain. La troisième ligne microruban sur laquelle est fixée un varactor est couplée à la piste de grille, grâce aux trois résonateurs diélectriques, qui servent également à déterminer la fréquence de sortie de l'oscillateur. Au dessus du bottier se trouve un couvercle dans lequel se trouve un trou taraudé qui constitue une cheminée. Dans ce trou taraudé vient se visser une vis à double filetage à l'intérieur de laquelle est disposée une vis autoserrante et aJustable. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 illustre le schéma partiel d'un oscillateur selon l'inven- tion; - la figure 2 illustre le schéma partiel d'une variante de l'oscillateur selon l'invention; - la figure 3 illustre une vue en coupe de l'oscillateur représenté à la figure 2 installé dans son bottier; - la figure 4 illustre une vue partielle de dessus avec arrachement partiel de l'oscillateur installé dans son bottier tel que représenté à la figure 3. L'oscillateur, tel que représenté à la figure 1, comprend trois pistes microruban 10, 11, 12 disposées à la surface d'un substrat 13; les deux premières 10 et 11 étant dans le prolongement l'une de l'autre et la troisième 12 leur étant parallèle. La première (10) et la troisième (12) piste ont une première ex- trémité couplée respectivement à deux charges 50 J 14 et 15, la seconde Z614150 _4- ayant une-première extrémité couplée à une quatrième ligne 16 reliée à une fiche de sortie hyperfréquence, non représentée sur la figure. Un élément électronique actif à résistance négative 17, par exem- ple un transistor FET AsGa, a deux de ses électrodes, grille et drain, reliées respectivement aux secondes extrémités de la première (10) et de la seconde ligne (11). Ce transistor 17 a ses autres électrodes 'soudées sur un petit support 18 situé dans une ouverture 19 oblongue réalisée dans le substrat 13. Les trous 20, 21, 22, 23, 24 et 25 sont des trous métallisés qui permettent une liaison au plan de masse situé sur l'autre face du substrat. Une diode 26 à capacité variable, ou varactor, est reliée d'une part à la seconde extrémité de la troisième piste 12 et d'autre part à la masse via un élément de piste 27 et le trou métallisé 25. Trois circuits de polarisation, chacun formé d'une ligne basse impédance (28, 29, 30) en quart de cercle et d'une ligne forte impédance 31, 32, 33) rendant l'influence de ces circuits négligeable aux fréquences de travail, permettent respectivement de réaliser: - la polarisation de grille (lignes 28 et 31) - la polarisation de drain (lignes 29 et 32) - la polarisation du varactor (lignes 30 et 33). Des capacités de découplage (35, 36 et 37) sont connectées entre les lignes basse impédance (28, 29, 30) et les trous métallisés (21, 20, 24). Deux résonateurs diélectriques 40 et 41 sont situés de part et d'autre de la première ligne microruban 10 reliée à la grille du tran- sistor 17. Les zones 8 et 9 de réglage d'impédance, réalisées par dépôt de laque d'argent permettent de réaliser des stubs d'accord en deux endroits différents de la seconde ligne microruban 11. Dans cette configuration représentée à la figure 1, le premier résonateur diélectrique 40, situé entre la première ligne microruban 10 reliée à la grille du transistor à effet de champ 17 et la troisième ligne microruban 12 contenant le varactor 26, permet de coupler convenablement le varactor 26 au transistor 17. Le deuxième résonateur diélectrique 41 situé de l'autre côté de la première ligne microruban 10 reliée à la grille du transistor 17 permet d'ajuster de manière convenable la fréquence de sortie de l'oscillateur. Le fait d'utiliser deux résonateurs diélectriques 40 et 41 et de séparer en quelque sorte les fonctions de couplage et de réglage en fréquence, permet un réglage bien plus souple et plus aisé que dans les montages utilisant un seul résonateur diélectrique. En effet, en Jouant sur la hauteur H du second résonateur diélectrique 41 on peut augmenter ou diminuer la fréquence de sortie sans avoir à retoucher le premier résonateur 40; La fréquence de résonance d'un résonateur augmentant, en effet, lorsque sa hauteur diminue. Un réglage complémentaire de la fréquence de l'oscillateur peut être effectué en utilisant le dispositif à cheminée tel que représenté à la figure 3, qui sera décrit ultérieurement. Une variante de réalisation de l'invention, permettant une très grande souplesse de réglage et un excellent couplage du varactor, dans la bande des 22 Gigahertz, par exemple, consiste à utiliser l'oscillateur représenté aux figures 2, 3 et 4. Cette configuration se différentie de celle représentée à la figu- re 1, en ce qu'elle utilise trois résonateurs 42, 43 et 44. Ces trois résonateurs diélectriques 42, 43 et 44 sont de même diamètre et de même hauteur et permettent de déterminer la fréquence de l'oscillateur. Ces trois résonateurs diélectriques sont couplés entre eux et permettent également de coupler la troisième piste microruban 12 contenant le varactor à la première ligne microruban 10 reliée à la grille du transistor 17. Un réglage complémentaire de la fréquence de l'oscillateur peut être effectué en utilisant le dispositif à cheminée représentée à la figure 3. L'oscillateur, représenté aux figures 3 et 4, à résonateur dié- lectrique et à varactor se compose principalement d'un bottier 45 en DILVER par exemple, sur lequel vient se souder le substrat 13, qui est par exemple une plaquette de quartz. Le DILVER et le quartz présentent, en effet, des coefficients de dilatation compatibles. - 6 - Une ouverture oblongue 19 est creusée dans le substrat quartz. Le transistor FET AsGa en puce est soudé sur le support 18, par exemple en cuivre, situé dans cette ouverture 19. Ce support est lui-même soudé sur la masse même du bottier 45; Ceci afin d'assurer une bonne dissipation thermique pour le transistor 17. Le transistor 17 est monté, par exemple, en source cômmune. Le drain est alors relié à la seconde piste microruban 11 "de drain". La grille est reliée à la première ligne microruban 10 "de grille". La polarisation du transistor s'effectue à travers des traversées étanches de grille 46 et de drain 47. La troisième ligne microruban 12, sur laquelle est fixée le varactor 26, est couplée à la piste de grille, grâce aux trois résonateurs diélectriques 42, 43, 44 qui servent également à déterminer la fréquence de sortie de l'oscillateur. La polarisation du varactor 26 s'effectue à travers une traversée étanche 66. Les pistes 10, 11 de grille et de drain sont terminées à une extrémité par les charges 50j a. Les gaps 48, 49 et 50, constituant des coupures adaptées, qui permettent d'isoler le transistor 17 et le varac- tor 26 de ces charges 50Jj 2, 14 et 15. Au dessus du bottier 45 se trouve un couvercle 51, lui aussi par exemple en DILVER. Dans ce couvercle 51 est usiné un trou taraudé 52, qui constitue une cheminée 53. Dans ce trou taraudé 52 vient se visser une vis à double filetage 54 à l'intérieur de laquelle est disposée une vis autoserrante et aJustable 55 munie de deux encoches transversales 67 et 68. La vis 54 à double filetage est bloquée à l'aide d'un écrou de blocage 56. Ce dispositif de cheminée constitue un moyen de régler ia fréquence de sortie de l'oscillateur et permet un dégagement des lignes de champ au-dessus des résonateurs diélectriques 42, 43 et 44. Après le réglage de l'oscillateur, un capot 57 est soudé au bottier, par une soudure au laser par exemple, et l'étanchéité de l'ensemble est réalisé en faisant le vide et en injectant un gaz neutre à l'intérieur du bottier. Le couvercle 51 et le capot 57 sont munis à cet effet, respectivement d'orifices 58 et 59. Cette opération est effectuée pour protéger le transistor et -7- permettre une meilleure tenue de l'oscillateur dans le temps. Différentes fiches de sorties 60, 61, 62, 63, 64 et 65 sont représentées elles sont respectivement: - trois picots de masse 60, 61 et 62; - une fiche de polarisation varactor 64 reliée à la piste 30 - une fiche de polarisation grille 65 reliée à la piste 28 - une fiche de polarisation drain 29 reliée à la piste 29 - et la fiche de sortie de l'oscillateur 64 reliée à la piste 16. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra rempla- cer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi l'oscillateur tel que représenté dans son ensemble aux figures 3 et 4, aurait tout aussi bien pu être basé sur la réalisation représentée en figure 1. -- S - REVENDICATIONS 1/ Oscillateur à résonateur diélectrique et accord électronique de fréquence par varactor, notamment dans la gamme des 22 GHz, caractérisé en ce qu'il comprend un élément électronique actif à résistance négati- ve (17), au moins deux résonateurs diélectriques (40, 41), un varactor (26) et un substrat (13) à la surface duquel sont disposés trois pistes microruban (10, 11, 12), à la première (10) et à la seconde (11) pistes, qui sont situées dans le prolongement l'une de l'autre étant connectées respectivement deux électrodes de l'élément actif (17), à la troisième piste (17), de direction parallèle aux deux premières (10, 11), étant connecté le varactor (26), les résonateurs diélectriques (40, 41) étant couplés à la première piste microru- ban (10). 2/ Oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément électronique actif à résistance négative est un transistor FET, la première piste microruban (10) étant reliée à la grille de ce transistor, la seconde piste (11) étant reliée au drain de ce transistor. 3/ Oscillateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première (10) et la troisième (12) pistes ont une première extrémité couplée respectivement à deux charges 50 (14 et 15), la seconde ayant une première extrémité couplée à une quatrième ligne (16) reliée à une fiche de sortie hyperfréquence, le transistor ayant deux de ses électrodes grille et drain reliées respectivement aux secondes extrémités de la première (10) et de la seconde ligne (11), et ses autres électrodes soudées sur un petit support (13) situé dans une ouverture (19) réalisée dans le substrat. 4/ Oscillateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que trois circuits de polarisation chacun formé d'une ligne basse impédance (28, 29, 30) en quart de cercle et d'une ligne forte impédance (31, 32, 33), permettent respectivement de réaliser - la polarisation de grille; - la polarisation de drain; - la polarisation du varactor. -9- / Oscillateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux résonateurs diélectriques (40, 41) sont respectivement situés de part et d'autre de la première piste microruban (10). 6/ Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que trois résonateurs diélectriques (42, 43, 44) sont disposés entre la première (10) et la troisième (12) piste microruban. 7/ Oscillateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un bottier (45), sur lequel vient se souder le substrat, le transistor étant soudé sur un support (18) lui- même soudé sur la masse même du bottier (45), la polarisation du tran- sistor s'effectuant à travers des traversées étanches de grille (46) et de drain (47), la troisième ligne microruban (12), sur laquelle est fixée un varactor (26) étant couplée à la piste de grille, grâce à au moins un résonateur diélectrique (42, 43, 44). 8/ Oscillateur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au dessus du bottier (45) se trouve un couvercle 51, dans lequel se trouve un trou taraudé (52), qui constitue une cheminée (53), dans lequel vient se visser une vis à double filetage (54), à l'intérieur de laquelle est disposée une vis autoserrante et aJustable (55), la vis (54) à double filetage étant bloquée à l'aide d'un écrou de blocage (56). 9/ Oscillateur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un capot (57) est solidarisé au bottier (45) de manière à réaliser l'étanchéité de l'ensemble. 10/ Oscillateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bottier (45) et son couvercle (51) sont en DILVER, et le substrat (13) en quartz. 11/ Oscillateur selon la revendication, caractérisé en ce que le support (18) du transistor (17) est en cuivre. 12/ Oscillateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transistor (17) est un transistor FET AsGa.