Brevet FR2643750A1 — publié le 19900831

Dispositif mélangeur simplement équilibré L'invention se rapporte à un dispositif mélangeur simplement équilibré. Il est connu dans les dispositifs de l'art antérieur de réaliser un mélangeur à l'aide d'une seule transition ligne microruban (ou "microstrip")-ligne à fente, ces deux lignes étant disposées de part et d'autre d'un support, la,liaison entre les bords de la ligne à fente et l'entrée-sortie des signaux RF/FI (Radiofréquence/Fréquence Intermédiaire) se faisant par l'intermédiaire de deux diodes en bottier qui traversent le support. Mais de tels dispositifs présentent un certain nombre d'inconvénients - Les trous pour le passage des diodes, l'extrémité de la ligne microruban nécessaire aux connexions des diodes sur la voie RF/FI, les pattes des diodes brasées le long des bords de la ligne à fente sont autant d'éléments parasites qui viennent rendre tous les réglages (rapport d'onde stationnaire....) très laborieux et non reproductibles. - Pratiquement, un mélangeur de ce type n'est pas polarisable :les résistances gravées, nécessairement placées près des diodes et de la transition, provoquant d'énormes couplages parasites. - Pour des problèmes évidents de connectique, l'emploi de diodes "chip" (non recouvertes d'un bottier), telles que des diodes dites "beam-lead", qui sont d'une technologie plus performante (meilleure reproductibilité, moins d'éléments parasites....) est impossible. - Il n'est pas facile de percer des trous dans un support de ligne microruban. L'invention a pour objet de pallier ces inconvénients. Elle propose à cet effet un dispositif mélangeur simplement équilibré comprenant une première transition ligne microruban-ligne à fente, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde transition ligne à fente-ligne microruban permettant le couplage de plusieurs accès à deux diodes. Plus précisément ces transitions se font par couplage en utilisant des lignes en ss /4. Un tel dispositif mélangeur présente de nombreux avantages et notamment - ses accès sont en ligne microruban - sa taille est réduite - il présente de très bonnes performances une fois réglé (polarisé ou non) : et notamment de très bonnes réjections oscillateur local (OL)/fréquence intermédiaire (FI) et oscillateur local/signal radiofréquence (RF). Avantageusement le mélangeur de l'invention comprend un substrat muni d'une première face non métallisée sur laquelle sont disposées plusieurs lignes microrubans, et une seconde face métallisée sur laquelle est disposée une ligne à fente. Les accès se font par ligne microruban, l'un d'eux étant couplé à la ligne à fente, qui est elle-même couplée à un cercle résonant formé de plusieurs lignes microrubans, la ligne à fente se terminant d'un côté par un circuit ouvert et de l'autre par un stub court-circuit #/4. Le cercle résonant comporte deux stubs A /4 reliés en leurs premières extrémités au premier accès par deux diodes en série, les deux stubs j#/4 du cercle résonant ayant leurs secondes extrémités reliées entre elles au niveau de la transition microruban, ligne à fente.Les deux tronçons A /4 divisés par deux capacités sont reliés respectivement à deux tensions de polarisation par ltintermédiaire de deux résistances. Un tel dispositif présente les avantages suivants - Les diodes sont placées loin des transitions ligne à fente/ligne microruban : il n'y a donc plus de couplage parasite. - Les perturbations apportées par les connexions des diodes sont très faibles (utilisation possible de diodes de type "beam lead" de taille réduite), ce qui permet de monter plus haut en fréquence. - Le mélangeur peut être facilement polarisé, car on peut prévoir des résistances gravées de polarisation suffisamment loin des transitions et des diodes. - Il n'y a plus de trous, auparavant nécessaires pour le passage des diodes. - Les composants sont reportés sur une seule face du substrat, ce qui facilite l'accessibilité (câblage, réglage, contrôle...). Finalement, on aboutit à une meilleure symétrie physique et une plus grande simplicité du circuit. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles - la figure 1 illustre un dispositif mélangeur de l'art connu - la figure 2 illustre une réalisation polarisée du dispositif mélangeur de l'invention - La figure 3 illustre une réalisation non polarisée du dispositif mélangeur de l'invention. Le mélangeur de réception de l'art connu, représenté sur la figure 1, est formé d'un substrat 10 muni d'une première face non métallisée 11, sur laquelle sont disposées deux lignes microruban 12 et 13 reliées respectivement à un premier accès Al et à un second accès A2 du mélangeur, et d'une seconde face métallisée 14, sur laquelle est réalisée une ligne à fente 15 se terminant d'un côté par une ligne en circuit ouvert 16 et de l'autre par deux lignes symétriques en court-circuit 17 et 18. Deux trous 8 et 9 traversent ce substrat 10 de part en part de manière à connecter deux diodes 19 et 20 entre la première ligne microruban 12 et les deux côtés métallisés 21 et 22 de la ligne à fente 15. Ce mélangeur reçoit sur son premier accès Al l'onde en hyperfréquence (signal RF) et sur son second accès A2 le signal fourni par ltoscillateur local (OL). Le mélange se fait dans les éléments non linéaires que sont les diodes 19 et 20. On obtient alors en sortie sur le premier accès Al le signal en fréquence intermédiaire (FI). Le mélangeur de l'invention, représenté sur la figure 2, comprend un substrat 30 muni d'une première face non métallisée 31 sur laquelle sont disposées une première ligne microruban 32 reliée à un premier accès A'1, un cercle résonant formé d'une seconde et d'une troisième ligne microruban 33 et 34 disposées symétriquement par rapport à l'axe de symétrie A de la première ligne 32, d'une quatrième ligne microruban 35 disposées entre celles-ci, et d'une cinquième ligne microruban 36, reliée à un second accès A'2 du mélangeur. La deuxième face 38 de ce substrat 30 est une face métallisée sur laquelle est disposée une ligne à fente 39, disposée parallèlement à l'axe de symétrie a de la première ligne microruban, se terminant à une première extrémité par une ligne 40 en circuit ouvert, et à l'autre par une ligne 41 en court-circuit. Cette ligne à fente 39 est disposée en dessous des quatrième et cinquième lignes microruban 35 et 36, de telle manière que la ligne en court-circuit 41, de forme arrondie soit située au dessous de la partie intérieure du cercle résonant. Deux diodes 42, 43 sont disposées respectivement, dans le sens passant entre la deuxième ligne microruban 33 et la première ligne 32 et entre cette première ligne 32 et la troisième ligne 34. Deux capacités 44 et 45 sont disposées respectivement entre la deuxième ligne 33 et la quatrième ligne 35 et entre la quatrième ligne 35 et la troisième ligne microruban 34. Le premier accès A'1 est relié à un duplexeur 46, de manière à recevoir le signal hyperfréquence RF au travers d'un filtre passe-bande 47, et à délivrer le signal fréquence intermédiaire (FI) à travers un filtre passe-bas 48. Le second accès A'2 reçoit le signal provenant de ltoscillateur local (OL). La ligne microruban 33 ajoutée à la moitiée de la ligne 35 à gauche de l'axe A , ainsi que la ligne microruban 34 ajoutée à la moitié de la ligne 35 à droite de l'axe L1 forment respectivement deux stubs > /4 (longueurs L1, L2) à la fréquence de l'oscillateur local. La partie de la cinquième ligne microruban 36 (longueur L3) située de l'autre côté de l'axe de symétrie a de la première ligne microruban 32 forme elle aussi un stub A /4 à cette fréquence, ainsi que la ligne (41) en court-circuit de la ligne à fente (longueur L4). On a ainsi : L1 = L2 = L3 = L4 = A 4 Les distances el (entre la deuxième ligne 33 et la partie en court-circuit 41 de la ligne à fente) et e2 (entre la quatrième (35) et la cinquième (36) ligne microruban sont suffisamment grandes pour éviter des couplages entre les lignes considérées ; elles sont par exemple égales à au moins 2 à 3 fois la largeur des lignes microruban. Le dispositif mélangeur de l'invention présente donc, vu de l'accès oscillateur local, une double transition ligne microruban-ligne à fente, ligne à fente-ligne microruban. Le stub A /4 de longueur L3 permet de ramener un ventre de courant au niveau de la première transition (noeud de tension) et de transférer le signal oscillateur local (OL) dans la ligne à fente 39. Cette ligne à fente 39 se termine d'un côté par un circuit ouvert 40 pour réfléchir le signal oscillateur local vers le cercle résonant, de l'autre par un stub court-circuit > #/4 qui permet le réglage du rapport d'onde stationnaire du signal oscillateur local. Lors de la deuxième transition le champ correspondant au signal oscillateur local se divise en deux en se déphasant. Du fait de la continuité de la charge, le champ est nul au niveau de la transition (point froid oscillateur local). Les stubs A#/4 (ligne 33 + moitié de ligne 35 à gauche de A ligne 34 + moitié de ligne 35 à droite de a ) du cercle résonant permettent d'avoir un ventre de tension au niveau des diodes 42 et 43, mais le champ correspondant au signal oscillateur local, arrivant déphasé de 1800 au milieu des diodes câblées en série, s'annule ; ce qui permet de réaliser les isolations oscillateur local/signal hyperfréquence, oscillateur local/fréquence intermédiaire. Vis-à-vis du#signal hyperfréquence, le champ arrive en phase de chaque côté de la deuxième transition, c'est pourquoi il ne passe pas dans la ligne à fente. Vis-à-vis de la fréquence intermédiaire, les diodes 42 et 43 doivent être considérées comme des générateurs de fréquence intermédiaire (FI), et à ce titre il est nécessaire d'avoir un retour de masse. Il se fait avec un fil 49, de 100ru par exemple, au niveau de la transition cercle résonant-ligne à fente 39. Dans un exemple de réalisation, le diplexeur 46 comprend - un filtre passe-bande 47 (entrée sortie 50 2 ) accordé sur le signal hyperfréquence en self gravée de 100 frm en série avec une capacité qui assure en plus le découplage avec la polarisation. Pour les fréquences supérieures à 2 GHz, on utilise par exemple un filtre à lignes couplées, - un filtre passe bas 48 (entrée sortie 50 ; ) qui laisse passer le signal en fréquence intermédiaire. C'est par exemple un filtre 5 pôles optimisé sur Touchstone, avec une capacité (lnF) en série pour assurer le découplage du signal hyperfréquence avec la polarisation. La polarisation du dispositif de l'invention arrive de part et d'autre du cercle résonant à travers deux résistances 50, 51 :Ainsi ces deux résistances 50 et 51 sont reliées respectivement entre le point commun à la première capacité 44 et à la première partie du premier stub A /4 (33) du cercle résonant et une première tension de polarisation V ; et entre le point commun entre la seconde capacité 45 et la première partie du second stub A/4 (34) du cercle résonant et une seconde tension de polarisation par exemple la masse. Les deux capacités 44 et 45 permettent l'accès de la polarisation et le retour de masse continu. Les résistances 50 et 51 sont par exemple des résistances gravées de 2K g . Les capacités 44 et 45 doivent avoir des valeurs suffisantes, par exemple 100 pF, pour ne pas réjecter les signaux en fréquence intermédiaire. Le rapport d'ondes stationnaires du signal oscillateur local se règle avec un stub j#/4 sur la cinquième ligne microruban 36 et en modifiant la longueur du stub > /4 (41) de la ligne à fente 39. Le rapport d'ondes stationnaires du signal hyperfréquence (RF) ainsi que les pertes de conversion se règlent avec un stub partant de la transition cercle résonant-ligne à fente. Dans un exemple de réalisation, le mélangeur bande étroite est un mélangeur à deux diodes "beam lead Schottky" (sans bottier) spécialement étudié pour une application de télécommunications spatiales en bande S; mais les résultats du modèle transposé en bande C sont tout aussi concluants. Dans les deux cas la fréquence intermédiaire générée est inférieure à 200 MHz. Le diplexeur peut être réalisé sur le même support que le mélangeur. Les accès de ce mélangeur polarisé monté sur alumine sont réalisés en lignes microruban, Le coupleur 1800 est réalisé avec deux transitions : ligne microruban/ligne à fente, ligne à fente-ligne microruban. L'entrée-sortie A'1 est reliée à ce diplexeur pour séparer les voies : il s'agit d'un filtre passe bande accordé sur la RF et d'un filtre passe bas sur la voie FI. L'intérêt d'un tel mélangeur est de tenir, avec son circuit de polarisation sur un carré d'alumine de 2.5 cm de côté (ce qui, en bande S constitue une performance) ; l'utilisation de diodes "beam lead Schottky" (tension seuil très basse ^' 0.3 V) présente l'avantage d'apporter un minimum d'éléments parasites, d'être d'une grande reproductibilité ; de présenter un gain de place conséquent (dimension de ces diodes > 0.8 mm/0.3 mm). De plus le câblage est aisé : tous les composants étant reportés sur la face microruban. Enfin, avec des réglages simples on arrive à des performances élevées - ROS OL > 20 dB, - ROS RF - pertes de conversion - isolation OL/RF : 30 dB, - isolation OL/FI : 60 dB (avec le filtre passe bas), - consommation du circuit de polarisation comprise entre 1 et 2 mA. Pour un niveau de signal oscillateur local OL supérieur ou égal à O dBm le dispositif mélangeur de l'invention fonctionne très bien sans circuit de polarisation, comme représenté sur la figure 3 ; c'est-à-dire en supprimant la première arrivée de polarisation + V, en supprimant la seconde arrivée de polarisation (ici la masse, en supprimant les résistances 50, 51, et en supprimant les capacités 44 et 45. Mais dans ce cas, les lignes 33, 34, 35 ne forment plus qu'une seule ligne microruban 52, comme représenté sur la figure 3. 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 remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention. Ainsi les deux diodes 19 et 20 peuvent être munies chacune d'un circuit de polarisation, notamment lorsque le signal oscillateur local est plus faible (0 à -5 dBM par exemple). REVENDICATIONS 1/ Dispositif mélangeur simplement équilibré comprenant une première transition ligne microruban (36)-ligne à fente (39), caractérisé en ce qu'il comprend une seconde transition ligne à fente (39)-ligne microruban (35) permettant le couplage à deux éléments non linéaires (42, 43) de plusieurs accès (A'1, A'2). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments non linéaires (42, 43) sont des diodes. 3/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les transitions se font par couplage en utilisant des lignes en A /4 (L4; L3, L2, L1)), > étant la longueur d'onde du signal oscillateur local. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat (30) muni d'une première face (31) non métallisée sur laquelle sont disposés plusieurs lignes microrubans (32, 33, 34, 35, 36), et une seconde face métallisée sur laquelle est disposée une ligne à fente (39). 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les accès se font par ligne microruban (32, 36), l'un d'eux (36) étant couplé à la ligne à fente (39) qui est elle-même couplée à un cercle résonant formé de plusieurs lignes microrubans (33, 34, 35). 6/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la ligne à fente (39) se termine d'un côté par un circuit ouvert (40) et de l'autre par un stub court-circuit A /4. 7/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le cercle résonant comporte deux stubs A/4 /4(L1, L2) reliés en leurs premières extrémités au premier accès par les deux diodes (42, 43) en série. 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux parties (33? 34) des stubs j /4 du cercle résonant ont leurs secondes extrémités reliées entre elles par l'intermédiaire de deux capacités (44, 45) séparées par une ligne microruban (35), et reliées respectivement à deux tensions de polarisation par l'intermédiaire de deux résistances (50, 51). o 9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un fil (49) relie la quatrième ligne microruban (35) à la masse. 10/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diodes (42, 43) sont munies chacune d'un circuit de polarisation.