Brevet FR2659509A1 — publié le 19910913

L'invention concerne un résonateur diélectrique du type comprenant un motif de rubans micro-ondes métalliques sur un substrat diélectrique à forte permittivité relative et de forme générale annulaire pourvue d'une fente et des filtres utilisant un tel résonateur. On connait déjà des résonateurs et filtres de ce type, qui ont cependant pour inconvénients majeurs inhérants à leur structure qu'ils présentent des pertes de transmission importantes. Pour atteindre ce but, un résonateur diélectrique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de boucle de contre-réaction comportant un élément actif tel qu'un transistor. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le circuit de réaction comprend des bandes métalliques micro-ondes qui sont déposées sur le substrat diélectrique à une très faible distance des bandes microondes du motif précité, pour assurer un couplage approprié. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le résonateur comprend au moins un élément à capacité variable monté sur le motif de bandes micro-ondes précité au niveau de la fente de l'anneau. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le motif de bandes micro-ondes est du type en épingle à cheveux comportant au niveau de la fente de l'anneau deux tronçons de bandes micro-ondes parallèles s'étendant vers le centre de l'anneau et l'élément à capacité variable tel qu'une diode à capacité variable est monté entre l'extrémité d'un de ces tronçons et la masse. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention l'élément à capacité variable est formé par une diode du type dit "vertical", telle qu'une diode du type MESA. Un filtre tel qu'un filtre coupe-bande ou un filtre passe-bande est caractérisé en ce qu'il comprend un résonateur diélectrique présentant les caractéristiques susmentionnées. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation, et dans lesquels: les figures 1 à 3 montrent schématiquement trois modes de réalisation d'un résonateur diélectrique selon l'invention, qui se distinguent par la disposition de l'élément à capacité variable permettant la variation de la fréquence de résonance; les figures 4 et 5 sont des représentations schématiques respectivement de filtres d'arrêt et de passe bande, qui comportent un résonateur diélectrique selon la figure 3; la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 4; et la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 4. Le résonateur diélectrique selon les figures 1 à 3 comprend un motif de bandes micro-ondes métalliques A de forme générale annulaire et fendu en 1 Dans l'exemple représenté, le motif présente une forme carrée comportant deux éléments de rubans parallèles horizontaux 2 et deux éléments de rubans verticaux 3 Le motif est du type ligne en épingle à cheveux, c'est-à-dire comportant au niveau de la fente 1 au milieu du ruban supérieur 2 deux tronçons de bandes ou doigts métalliques 4 qui sont parallèles et s'étendent en direction du centre du motif annulaire, parallèlement aux rubans 2 Ces tronçons de bande présentent une longueur prédéterminée et constituent des lignes de couplage Le motif métallique représenté est déposé sur un support en un matériau diélectrique de forte permittivité relative tel que par exemple du silicium ou A Ga intrinsèque ou diélectrique céramique et de façon générale des diélectriques stables en fonction de la température, tels que les matériaux commercialisés par la demanderesse sous les dénominations commerciales E 2036 et E 3036 ayant une valeur úr = 37, selon tout procédé approprié connu, tel que par exemple par évaporation sous vide Le motif de circuit pourrait être établi sur un substrat du type Duroid 5870 ayant une épaisseur de 0,503 mm et une constante diélectrique de 2,32. A cette structure de résonateur de volume est associé un circuit de contre-réaction B formé par une bande micro-onde métallique, de la forme générale d'un C, dont les branches formées par des éléments de bande 6, 7 s'étendent parallèles aux rubans micro-ondes 3 du motif A et sont disposées très près de ceux-ci Au niveau de la base du circuit de contre-réaction est disposé un élément électronique actif tel qu'un transistor indiqué schématiquement en 8 A l'élément actif 8 peut être associé, sous forme d'un composant discret un dispositif de rotation de phase (non représenté) Cependant cette fonction de rotation de phase peut aussi être accomplie par les bandes ( 6, 7) du circuit 3 en leur donnant une longueur approprié Le circuit de contre- réaction est conçu de telle façon qu'il puisse injecter de l'énergie dans le résonateur pour compenser les pertes. Le résonateur actif micro-onde comporte un dispositif C permettant de l'accorder en fréquence Les modes de réalisation représentés aux figures 1 à 3 se distinguent par la réalisation de ce dispositif d'accord C Dans le mode de réalisation selon la figure 1, le dispositif C comporte essentiellement une diode à capacité variable 11 montée entre les extrémités des deux tronçons de couplage 4 Dans le cas de la figure 2, la diode 11 est montée entre l'extrémité d'un des deux tronçons 4 et la masse Le mode de réalisation selon la figure 3 comporte deux diodes à capacité variable 11, chacune montée entre l'extrémité d'un tronçon ou doigt de couplage 4 et la masse. Les diodes peuvent être commandées électroniquement, de toute manière connue en soi Elles permettent de rendre le résonateur accordable aussi bien quant à sa fréquence de résonance qu'à sa largeur de bande Le montage en parallèle des diodes permet l'emploi de diodes dites "verticales" car elles présentent la plus faible capacité parasite Il est avantageux d'employer par exemple des diodes "verticales" du type MESA assurant un maximum de variation de l'impédance en raison de leur très faible capacité parasite L'emploi de deux diodes 11 en parallèle augmente la tenue en puissance et la variation en fréquence. Il est à noter que le résonateur diélectrique selon l'invention peut être conçu en structure hybride, mais aussi en structure intégrée Dans ce dernier cas, le transistor 8 et la diode à capacité variable 11 peuvent être réalisés sous forme de circuit intégré formé dans le substrat diélectrique du résonateur. Les figures 4, 6, 7, d'une part, et la figure 5 d'autre part, montrent deux utilisations d'un résonateur diélectrique selon la figure 3, à savoir un filtre d'arrêt et un filtre passe-bande. Dans le filtre d'arrêt selon la figure 4, la ligne de micro-onde de transmission indiquée en 13 est continue et s'étend parallèlement au côté de base horizontale non fendue du motif A, à une faible distance appropriée pour assurer la qualité de couplage souhaitée. La tension permettant la variation de la capacité des diodes 11 est appliquée à celle-ci par l'intermédiaire d'inductances de polarisation 14 et à travers des rubans micro-ondes correspondants du motif A, celui-ci présentant à la base de chaque côté vertical 3 un intervalle 15 sur lequel est monté en parallèle une capacité localisée 16 qui n'est cependant pas obligatoire. Les figures 6 et 7 confirment que le filtre d'arrêt est réalisé selon la technologie planar, le signe de référence 18 désignant le substrat en matériau diélectrique 17 sur lequel sont déposées les différentes bandes micro-ondes métalliques. En se reportant à la figure 5, on constate que le filtre passe-bande utilise la même configuration de résonateur que le filtre d'arrêt de la figure 4, la ligne de transmission 13 étant cependant interrompue en 19. Les résonateurs selon l'invention sont du type à haute surtension, ils sont accordables et réalisables en techniques micro-bandes ou entièrement intégrable sur un substrat Ils sont naturellement stables en fonction de la température et présentent un volume global très réduit par rapport à la technologie connue Ces résonateurs permettent de réaliser de divers dispositifs tels que des filtres accordables, à pertes nulles, des sources accordables intégrées et des éléments rayonnants. L'invention présente de nombreux avantages par rapport à l'état de la technique Les doigts de couplage 4 constitués par deux tronçons de ligne microbandes parallèles et très proches permettent de réduire la longueur de l'anneau "résonant" en choisissant une longueur allant jusqu'à R/10 ou /l/8, o / représente la longueur d'onde dans la ligne de propagation, on ramène au niveau du résonateur une impédance d'entrée plus élevée que celle due de la seule capacité des éléments de lignes et à leurs couplages La disposition des diodes en parallèle permet l'emploi de diodes dites "verticales", telles que des diodes du type MESA, qui se caractérisent par des très faibles capacités parasites. L'emploi de deux diodes parallèles augmente la tenue en puissance et la variation en fréquence. Il s'est avéré que l'utilisation d'un résonateur selon l'invention permet d'obtenir des filtres d'arrêt ayant une rejection de 45 d B Des filtres passe-bande sans pertes de transmission ont été construits, qui présentent des pertes de retour de 35 d B à une fréquence de 3,1 G Hz Pour réduire les pertes de couplage, la technique de microbande à charge diélectrique peut être employée En utilisant la technique de couche diélectrique de recouvrement, les couplages entre le résonateur et des lignes d'entrée et de sortie peuvent être augmentés A une fréquence centrale de 3,1 G Hz on a pu obtenir une gamme de fréquence d'accord de l'ordre de 47 M Hz Dans cette gamme, la largeur de bande de 3 d B a été réduite de 5,13 M Hz à 3,17 M Hz Il apparaît qu'une gamme d'accord plus large peut être obtenue par une réduction de la distance entre les lignes de couplages parallèles du résonateur en épingle à cheveux De façon générale, en choisissant les dimensions des doigts de couplage de façon appropriée, c'est-à-dire leur largeur et la longueur, et par une disposition appropriée des diodes sur ces doigts de couplage, on peut maximaliser la variation de l'impédance ramenée au niveau du résonateur et ainsi maximaliser la gamme de fréquence d'accord. Bien entendu de nombreuses variations peuvent être apportées aux structures de résonateur et de circuits utilisant ces résonateur, sans sortir du cadre de l'invention Ainsi de diverses techniques connues pour la réalisation de circuits hybrides et intégrés ainsi que de dépôt des microbandes métalliques peuvent être utilisés L'invention n'est également pas limitée à l'utilisation de résonateurs en épingle à cheveux. REVENDICATIONS 1 Résonateur diélectrique du type comprenant un motif de rubans microondes métalliques déposé sur un substrat diélectrique à forte permittivité relative et de forme générale annulaire pourvue d'une fente, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de boucle de contre-réaction (B) comportant un élément actif ( 8) tel qu'un transistor. 2 Résonateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de contre-réaction (B) comprend des bandes métalliques micro-ondes ( 6,7) qui sont déposées sur le substrat diélectrique ( 17) à une faible distance des bandes micro-ondes ( 3) du motif (A) précité pour assurer un couplage approprié. 3 Résonateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément à capacité variable ( 11) monté sur le motif de bandes micro-ondes (A) au niveau de la fente ( 1) de celui-ci. 4 Résonateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le motif de bandes micro-ondes (A) est du type en épingle à cheveux comportant au niveau de la fente deux tronçons de bandes micro-ondes ( 4) parallèles qui s'étendent vers le centre du motif. Résonateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément à capacité variable tel qu'une diode à capacité variable est monté entre l'extrémité d'un de ces tronçons ( 4) et la masse. 6 Résonateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une diode à capacité variable ( 11) est montée entre l'extrémité de chaque tronçon de couplage ( 4) et la masse. 7 Résonateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une diode à capacité variable ( 11) est montée entre les extrémités libres des tronçons de couplage ( 4). 8 Résonateur selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'élément à capacité variable ( 11) est formé par une diode du type dit "vertical", telle qu'une diode du type MESA. 9 Résonateur selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le circuit d'application de la tension de commande d'une diode à capacité variable ( 11) comporte une inductance de polarisation ( 14) et une partie des rubans micro-ondes ( 2, 4) du motif (A), une fente ( 15) ou une capacité localisée d'isolement étant prévue dans le motif. Résonateur selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le motif de bandes micro-ondes (A) présente une forme générale carrée et en ce que les bandes métalliques micro-ondes ( 6, 7) du circuit de contre-réaction (B) s'étendent au moins en partie parallèlement aux deux côtés parallèles ( 3) du motif (A) qui ne comporte pas la fente précitée ( 1), à une très faible distance de ceux-ci. 11 Résonateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément actif ( 8), et le cas échéant, les éléments à capacité variable ( 11) sont réalisés sous forme de circuits intégrés à l'intérieur du substrat diélectrique ( 17) du résonateur. 12 Filtre tel qu'un filtre coupe-bande ou un filtre passe-bande, caractérisé en ce qu'il comprend un résonateur diélectrique selon l'une des revendications 1 à il et en ce que la ligne de transmission ( 13) est disposée sur le substrat ( 17) du résonateur et s'étend parallèlement au ruban ( 2) du motif (A), qui est parallèle au ruban présentant la fente ( 1), à une très faible distance dudit ruban ( 2).