Brevet FR2678436A1 — publié le 19921231

"Prise coaxiale pour circuit hyperfréquence". Description L'invention concerne une prise coaxiale pour circuit utilisable dans le domaine des hyperfréquences effectuant une transition entre une ligne microbande et l'âme d'un câble coaxial, ledit circuit étant muni d'une boite métallique de blindage. Dans les circuits hyperfréquences, la transition d'une ligne microbande, connue sous le nom anglais "microstrip" et réalisée sur alumine, verre téflon ou autre support, avec un câble coaxial est obtenue au moyen d'un connecteur coaxial fixé sur une boîte métallique servant de blindage pour la fonction hyperfréquence considérée, et l'âme du câble coaxial du connecteur est, le plus souvent, soudée sur la ligne microbande, le connecteur coaxial faisant ainsi directement office de prise coaxiale pour la transition hyperfréquence recherchée. Or, la soudure est un moyen de liaison rigide présentant des inconvénients comme par exemple - de provoquer un décollement de la ligne sur le circuit lorsque des efforts sont transmis au connecteur lors de montages ou démontages, - de n'être dessoudable qu'au risque de détruire le circuit. D'autre part, il peut s'avérer utile de prévoir que de telles prises coaxiales en hyperfréquences puissent être montées et démontées, pour être utilisées dans un montage de test de circuit hyperfréquence comportant plusieurs fonctions, afin de prélever un signal hyperfréquence aux extrémités de chaque fonction1 ce qui permet de tester et de régler séparément ces fonctions. Du brevet français 2 637 738 au nom de la demanderesse (PHF 88609) on connaît une prise pour circuit hyperfréquence comportant une prise à glissière dans laquelle sont insérées et pressées l'une contre l'autre d'une part une partie du circuit qui porte des lignes de contact et d'autre part l'âme d'un câble coaxial. Grâce à un dégagement du plan de masse de référence du circuit il est obtenu une bonne continuité de masse avec l'âme du câble coaxial du connecteur solidaire de la prise. D'un point de vue géométrique, la transition microbande-âme s'effectue dans le prolongement l'une de l'autre, c'est-à-dire parallèlement, à partir du bord du circuit. Or il peut être nécessaire ou, plus généralement, plus commode et économe de place d'accéder au circuit perpendiculairement à ce dernier, dans l'application au montage de test, notamment. Ce but est atteint et les inconvénients de l'art antérieur sont atténués ou supprimés grâce au fait que la prise coaxiale définie en préambule est remarquable en ce qu'elle comporte à une première extrémité des moyens de fixation au couvercle de ladite boîte et à l'extrémité opposée un canon et des premiers moyens élastiques pour établir en substance perpendiculairement un contact à pression entre l'âme de ladite prise et l'extrémité de ladite ligne microbande et des deuxièmes moyens élastiques séparés pour établir1 du même côté dudit circuit, un contact à pression entre le conducteur extérieur de ladite prise et un élément de rappel de masse dudit circuit qui entoure en substance l'extrémité de la ligne microbande. L'élément de rappel de masse est relié au plan de masse, généralement interne au circuit (surtout lorsque ce dernier est un circuit multicouche), au moyen de trous métallisés. I1 devient ainsi possible de faire accéder le câble coaxial au circuit d'un seul côté alors que dans le document précité FR-A 2 637 738, l'accès a lieu, à travers une paroi latérale extérieure de la boite de blindage, de part et d'autre du circuit hyperfréquences. Ceci implique une réalisation complexe étant donné qu'il faut alors prévoir des lamages sur le circuit (circuit imprimé) pour rattraper le plan de masse interne. Dans l'application au montage de test, il n'est dès lors plus nécessaire de prévoir un montage mécanique de test spécifique à chaque fonction et le réglage d'ensemble devient beaucoup plus facile. Selon un mode de réalisation de l'invention utilisable dans le domaine des hyperfréquences inférieures à 10 GHz, chaque point de contact desdits premiers et deuxièmes moyens élastiques est constitué par une pièce conductrice, mobile, contre l'action d'un ressort, dans un logement pratiqué dans la surface latérale dudit canon disposée en regard dudit circuit, à ladite deuxième extrémité dont ladite pièce est solidaire, le canon et les moyens de fixation étant rigidement liés l'un à l'autre. Dans cette gamme d'hyperfréquences relativement basses, il n'est pas indispensable que l'extrémité de l'âme soit parfaitement centrée sur celle de la ligne microbande, et le contact de masse peut être réalisé au moyen de deux points de contacts seulement. Par contre, un bon centrage de l'âme et un contact multiple entourant deviennent nécessaires aux fréquences élevées. Un mode de réalisation de l'invention utilisable dans le domaine des hyperfréquences supérieures à 10 GHz est remarquable en ce que lesdits premiers moyens élastiques sont constitués par un ressort hélicoïdal qui repousse le canon de ladite prise des moyens de fixation avec coulissement longitudinal, à travers ces derniers, en direction et contre ledit circuit, que lesdits deuxièmes moyens élastiques sont constitués, pour chaque point de contact, par un élément conducteur à effet de ressort disposé entre le conducteur extérieur du canon et ledit élément de rappel de masse, et en ce que la prise comporte en outre, à ladite première extrémité, des moyens de calage en position de coulissement longitudinal qui coopèrent avec les premiers moyens élastiques pour pouvoir déconnecter et reconnecter la prise sans avoir à la démonter de ladite boîte. Aux très hautes fréquences, outre la précision et la force de contact nécessaires accrues, il faut veiller à ce que la prise n'ait pas un effet d'antenne perturbateur engendrant des pertes, lorsqu'elle n'est pas en service alors que le circuit fonctionne au moyen d'autres prises coaxiales. Pour pouvoir implanter une prise selon l'invention à un circuit hyperfréquences donné, il faut prévoir une adaptation de ce dernier : une ligne microbande est élaborée en dérivation de la ligne principale, ainsi qu'un élément de rappel de masse qui entoure l'extrémité de cette ligne microbande. Une telle ligne en dérivation, placée entre chaque fonction, permet par simple pontage avec de la laque argent, de servir pour chaque fonction parmi des fonctions adjacentes ou d'être déconnectée de la ligne principale si nécessaire. Pour le centrage de l'âme, aux très hautes fréquences, un pion de centrage du canon de la prise est positionné avec précision en bout de la ligne de dérivation, sur l'élément de rappel de masse. La description qui suit en regard des dessins annexés, le tout étant donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente en perspective un premier mode de réalisation simplifié de la prise coaxiale selon l'invention. La figure 2 représente en perspective un deuxième mode de réalisation de la prise coaxiale selon l'invention. La figure 3 est une section en élévation de la prise de la figure 2, montée sur le circuit hyperfréquence. La figure 4 montre en perspective un troisième mode de réalisation de la prise coaxiale selon l'invention pour très hautes fréquences. La figure 5 est une section en élévation de la prise de la figure 4, montée sur le circuit hyperfréquence. La figure 6 représente en 6a la vue en plan et en 6b la section, selon la coupe b-b de la figure 6a, de l'élément de rappel de masse à lamelles élastiques de la figure 5. La figure 7 représente en 7a la vue en plan et en 7b la vue en élévation en partie sectionnée du pion de centrage de la figure 5. La figure 8 représente, vue de dessus une partie d'un circuit hyperfréquences présentant des emplacements de prise de test. La prise 1 de la figure 1 comporte à une extrémité un connecteur coaxial pour hyperfréquences 2, d'un type connu, par exemple un connecteur de type K ou du type SMA. La base 3 du connecteur 2 constitue des moyens de fixation, par des vis non représentées à un blindage métallique semblable à celui représenté en 4 à la figure 3. La base 3 est solidaire d'un conducteur coaxial ou canon 5 qui se termine à l'extrémité opposée par une partie évasée 6. Le canon comprend une âme métallique (par exemple en laiton) un diélectrique en téflon et un conducteur extérieur métallique (par exemple en laiton).La partie évasée 6 comporte des premiers moyens élastiques 7 pour établir un contact à pression entre l'âme de la prise 1 et l'extrémité d'une ligne microbande (non représentée), ce contact étant prévu pour s'effectuer en substance selon un angle de 90 entre l'âme et la ligne microbande. La partie 6 comporte aussi des deuxièmes moyens élastiques 8, actionnés parallèlement et du même côté que les moyens 7r pour établir un contact à pression entre le conducteur extérieur de la prise et un élément de rappel de masse tel que représenté en 9 à la figure 3.Cet élément de rappel de masse, relié par des trous métallisés au plan de masse interne du circuit hyperfréquences entoure en substance l'extrémité de la ligne microbande de connexion (voir figure 8). Les moyens élastiques 7 et 8, d'un type connu en soi, sont constitués par une pièce (broche) conductrice mobile, contre l'action d'un ressort de rappel dans un logement pratiqué dans la surface d'extrémité 10 de la pièce 6, les logements et les ressorts n'étant pas visibles sur la figure. Les extrémités des moyens élastiques 7 et 8 sont de préférence pointues pour assurer un bon contact électrique.Lors de la fixation de la prise 1 au couvercle de la boîte métallique de blindage, la pièce 7 touche en premier1 de préférence, l'extrémité de la ligne microbande, puis les pièces 8 disposées symétriquement de part et d'autre de la pièce 7r de façon à comprimer successivement les trois ressorts de rappel et à établir ainsi une double portée mécanique. La prise 1 de la figure 1 convient pour des fréquences d'utilisation de quelques GHz. A des fréquences de l'ordre de 10 GHz et au delàr il devient nécessaire d'augmenter les pressions de contact et de mieux adapter l'une à l'autre les formes du conducteur proprement dit et de la masse à l'endroit de la transition entre le circuit hyperfréquence et la prise. La prise 11 de la figure 2 répond aux contraintes précitées.Cette prise comporte un connecteur 2 pour fréquences SHF qui est fixé par son embase 3 à l'embase 12 d'un canon 13r ce dernier comportant à son extrémité opposée une partie évasée de forme cylindrique 14. L'embase 12 a une forme oblongue par exemple rectangulaire. La partie 14 est munie1 à titre de deuxièmes moyens élastiques de cinq pièces mobiles 15 semblables aux pèces 8 de la figure 1. Les pièces 15 sont réparties selon un motif régulier en arc de cercle, une échancrure 16 étant prévue à l'endroit qui sera placé en regard de la ligne microbande. L'extrémité 17 de l'âme dépasse légèrement l'extrémité du canon à une cote longitudinale située en retrait par rapport aux extrémités pointues des pièces (ou broches) 15. En outre, le canon 12 est prévu coulissant à travers une pièce cylindrique 18 munie d'une tête 19 dans laquelle est pratiquée une fente 21 qui peut contenir l'embase 12 du canon. Un ressort hélicoïdal 22 repousse par action contre la partie 14, le canon 13r de la pièce cylindrique 18 qui fait d'ailleurs partie des moyens de fixation de la prise.Selon les positions en rotation relatives de l'embase 12 et de la tête 19, le canon se trouve soit dans une position rétractée, comme représenté sur la figure 2, où les parties 12 et 19 se chevauchent, soit dans une position détendue où la partie 12 est emboîtée dans la partie 19, comme représenté à la figure 3. Sur la figure 3 est représentée la prise 11, rendue solidaire de la boîte métallique de blindage 4 qui comporte, pour la partie représentée sur la figure, une paroi latérale 23 et un couvercle 24. La boîte 4, qui peut aussi être une ceinture de test, est fixée au circuit hyperfréquence 25 de façon connue, non représentée. Pour sa fixation à la boîte 4, la prise Il est glissée, par la pièce cylindrique 18 à travers un alésage 26 pratiqué dans le couvercle 24 de la boîte 4, jusqu'à ce que la tête 19 vienne en butée contre le couvercle 24.La pièce est ensuite bloquée dans cette position par exemple au moyen d'une vis de blocage (non représentée) vissée à travers la paroi latérale 23 selon l'axe en trait mixte 20. La prise 28 de la figure 4 est un mode de réalisation assez élaboré de l'invention, conçu plus particulièrement pour des fréquences supérieures à 10 GHz. Pour la plupart des fonctions qu'elle est à même de réaliser, la prise 28 ressemble d'assez près à la prise Il de la figure 2 . un connecteur pour très hautes fréquences 29 est rendu solidaire de l'embase 31 d'un canon 32. La solidarisation s'effectue au moyen de vis 33 qui traversent librement les embases du connecteur et du canon et qui se vissent dans des trous taraudés 35 d'une cale 34 (voir figure 5). La cale 34 peut comporter un bord extérieur molleté 36 pour pouvoir être saisie, tirée et tournée à la main ; elle est munie d'un orifice central 30 de forme oblongue qui laisse largement traverser l'âme 32. Par ailleurs, un circlips 37 est monté sur le canon 32. Entre ce circlips et la cale 34, un ressort hélicoïdal 38 repousse des moyens de fixation 39 constitués par un boulon-guide 41 muni d'une tête 42 et d'un corps 43 qui comporte un alésage central permettant le coulissement du canon 32 et un pas de vis extérieur, et par un écrou 44 vissé sur ce pas de vis extérieur. La tête 42 servant d'ancrage au ressort 38, la fixation de la prise à la boîte de blindage se fait par pincement du couvercle 24 entre la tête 42 et l'écrou 44 d travers un orifice (alésage) 45 pratiqué dans le couvercle 24 en regard de l'extrémité de la ligne microbande à connecter. L'orifice 45 est sensiblement plus grand que la section du corps 43 pour permettre un débattement latéral dans tous les sens de la prise afin de centrer (respectivement permettre de centrer) l'extrémité de l'ame 46 sur l'extrémité 49 de la ligne microbande 47.L'extrémité du corps 43 tournée vers le connecteur 29 comporte deux méplats 43 (voir figure 4) qui sont pratiqués dans le filetage parallèlement à l'axe du corps de façon à rendre oblongue dans le sens latéral cette extrémité filetée. Cette forme oblongue est adaptée à celle de l'orifice 30 dans la cale 34, de façon à pouvoir pénétrer dans cet orifice pour certaines positions en rotation relatives entre le corps 43 et la cale 35 (position détendue, figure 5), alors que dans les autres positions relatives en rotation, la cale 34 vient en butée contre le corps 43, dans le sens longitudinal, la prise proprement dite étant alors dans une position rétractée (relevée) par rapport à ses moyens de fixation (figure 4).Cette position rétractée permet, lorsque la prise est fixée au couvercle 24 de déconnecter cette dernière du circuit hyperfréquences 25. Le principe général de contact entre la prise et le circuit reste semblable, aux figures 4 et 5, à ce qu'il est aux figures 2 et 3. Pour ce qui est du contact central, le ressort 38 pousse l'extrémité 46 de l'âme contre l'extrémité de la ligne microbande 49. Pour ce qui est du contact de masse, l'ensemble des éléments conducteurs à effet de ressort constitué par les pièces mobiles 15 des figures 2 et 3 est remplacé par une pièce conductrice 51 ouverte telle que représentée aux figures 6a et 6b et qui est réalisée, par exemple, en tôle de bronze au béryllium d'une épaisseur de 0,08 mm. La pièce 51 peut être susperposée à l'élément de rappel de masse (9, figure 3) ou bien constituer elle-même cet élément, étant reliée au plan de masse (non représenté), par des trous métallisés du circuit auxquels elle est soudée. Trois trous de centrage 52 permettent de centrer la pièce 51, de forme circulaire, au moyen de trous correspondants dans le circuit, autour du point 49. La pièce 51 comporte une ouverture 53 pour laisser le passage à l'extrémité de la ligne microbande. Vers le centre, cette pièce comporte des lamelles de ressort 54, relevées dans une direction perpendiculaire à son plan. Lors du contact avec la prise les extrémités des lamelles 54 portent contre la surface transversale du conducteur extérieur du canon 32 disposée en regard du circuit. On notera que la hauteur de relèvement des lamelles 54 au-dessus du circuit est nécessairement plus grande que la distance dont l'extrémité de l'âme 46 dépasse l'extrémité du conducteur extérieur du canon.Le contact s'établit donc sous la force du ressort 38, en premier avec les lamelles puis, les lamelles se pliant, avec l'arrivée en butée du point 46 contre le point 49. On obtient ainsi à nouveau la double portée mécanique requise. Aux fréquences les plus élevées, la précision de centrage des contacts, notamment celui de l'âme est telle qu'un pion de guidage est prévu. Ce pion de guidage 55 guide de préférene le conducteur extérieur du canon, l'âme étant supposée quant à elle correctement centrée sur l'axe du canon. Le pion 55 est représenté sur les figures 7a et 7b. Il peut être fixé au circuit hyperfréquences comme un composant. Il comporte, pour son positionnement correct, trois picots 56 qui sont prévus pour traverser les trous 52 de la pièce 51 ainsi que les trous sous-jacents correspondants du circuit. Une lumière 57 est prévue à la base du pion, destinée à coopérer avec l'ouverture 53 de la pièce 51 pour le passage de la ligne microbande 47. Le pion 55 présente une surface intérieure cylindrique 53 d'un diamètre légèrement supérieur à celui du canon 32 (respectivement 13, figure 2). Cette surface intérieure se termine par un tronc de cône évasé 59 en direction du couvercle 24. Le pion 55 est par exemple réalisé en ZA4G-Y40 nickelé. Pour l'application de la prise coaxiale pour circuit hyperfréquences, cette pièce étant celle de la figure 1, 2 ou 4, à un dispositif de montage de test, la boîte métallique de blindage 4 (figure 3) est constituée d'une ceinture de test montée provisoirement sur un circuit 25 dont une partie est représentée à la figure 8. Dans la ceinture de test, le couvercle 24 est remplacé par des pattes perforées comme en 25 (figure 3) ou en 45 (figure 5). Sur la figure 8 on voit différentes fonctions (circuits) hyperfréquences élémentaires juxtaposées telles que 61, 62, reliées entre elles par une ligne microbande principale 63. Ces fonctions élémentaires consistent par exemple en un Amplificateur HF, un Détecteur HF, un modulateur HF, un VCOHF. L'ensemble de ces fonctions HF peut être jumelé sur la même carte de circuit imprimé, de préférence multicouches, à des circuits BF tel par exemple un ensemble de logique différentielle BF. Entre chaque fonction est élaborée une ligne microbande de dérivation 47. A chaque jonction ligne principale-ligne microbande il est prévu des solutions de continuité entre lignes, qui peuvent être pontées avec de la laque argent.De cette façon il est possible de tester et de régler séparément chaque fonction en la reliant à deux lignes 47 et en la déconnectant des fonctions adjacentes, après quoi la ligne principale est rétablie, les lignes en dérivation déconnectées et le test de l'ensemble hyperfréquence peut être effectué. L'invention ne se limite pas strictement à ce qui est décrit ci-dessus. En particulier, la pièce 51 peut être solidaire de l'extrémité du conducteur extérieur du canon 32, auquel cas les lamelles étastiques 54 ont une position relevée inversée par rapport à la position de la figure 5. On peut aussi remplacer l'ensemble constitué par la pièce 51 et le pion 55, par une pièce unique constituant un contact tulipe qui permet d'effectuer la continuité de masse et le centrage en même temps. En ce qui concerne le mode de réalisation des figures 4 et 5, la tête 42 du boulon-guide 41 et l'orifice 45 associé dans le couvercle support 24 peuvent avoir des formes adaptées (par exemple oblongues) pour permettre, dans certaines positions relatives en rotation r le passage de la tête du boulon à travers l'orifice puis le blocage de cette dernière après rotation du boulon et vissage de l'écrou. Les prises décrites ci-dessus sont adaptables par exemple à un circuit multicouches utilisable dans le domaine des hyperfréquences tel que décrit dans la demande de brevet français 2 630 261 au nom de la demanderesse (PHF 88523). Revendications 1. Prise coaxiale pour circuit utilisable dans le domaine des hyperfréquences effectuant une transition entre une ligne microbande et l'âme d'un câble coaxial, ledit circuit étant muni d'une boîte métallique de blindage, caractérisée en ce qu'elle comporte à une première extrémité des moyens de fixation au couvercle de ladite boite et à l'extrémité opposée un canon et des premiers moyens élastiques pour établir en substance perpendiculairement un contact à pression entre l'âme de ladite prise et l'extrémité de ladite ligne microbande et des deuxièmes moyens élastiques séparés pour établir, du même côté dudit circuit, un contact à pression entre le conducteur extérieur de ladite prise et un élément de rappel de masse dudit circuit qui entoure en substance l'extrémité de la ligne microbande. 2. Prise coaxiale pour circuit utilisable dans le domaine des hyperfréquences selon laquelle lesdits deuxièmes moyens élastiques sont conçus pour établir un contact multiple. 3. Prise coaxiale pour circuit utilisable dans le domaine des hyperfréquences inférieures à 10 GHz selon la revendication I ou 2, caractérisée en ce que chaque point de contact desdits premiers et deuxièmes moyens élastiques est constitué par une pièce conductrice, mobile, contre l'action d'un ressort, dans un logement pratiqué dans la surface latérale dudit canon disposée en regard dudit circuit, à ladite deuxième extrémité dont ladite pièce est solidaire, le canon et les moyens de fixation étant rigidement liés l'un à l'autre. 4. Prise coaxiale pour circuit utilisable dans le domaine des hyperfréquences supérieures à 10 GHz selon la revendication I ou 2, caractérisée en ce que lesdits premiers moyens élastiques sont constitués par un ressort hélicoïdal qui repousse le canon de ladite prise des moyens de fixation avec coulissement longitudinal, à travers ces derniers, en direction et contre ledit circuit, que lesdits deuxièmes moyens élastiques sont constitués, pour chaque point de contact, par un élément conducteur à effet de ressort disposé entre le conducteur extérieur du canon et ledit élément de rappel de masse, et en ce que la prise comporte en outre, à ladite première extrémité, des moyens de calage en position de coulissement longitudinal qui coopèrent avec les premiers moyens élastiques pour pouvoir déconnecter et reconnecter la prise sans avoir à la démonter de ladite boîte. 5. Prise coaxiale pour circuit hyperfréquence selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle est conçue pour coopérer avec un pion de centrage destiné à recevoir avec un léger jeu ledit canon, ce pion étant solidaire dudit élément de rappel de masse. 6. Prise coaxiale pour circuit hyperfréquence selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que chaque élément conducteur à effet de ressort est constitué par une pièce, mobile contre l'action d'un ressort, dans un logement pratiqué à partir de la surface dudit canon disposée en regard du circuit de façon à s'étendre au delà de l'extrémité de l'âme. 7. Prise coaxiale pour circuit hyperfréquence selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que l'ensemble desdits éléments conducteurs à effet de ressort est constitué par une pièce conductrice ouverte munie intérieurement de lamelles de ressort relevées dans une direction perpendiculaire à son plan. 8. Prise coaxiale pour circuit hyperfréquence selon la revendication 7 dans laquelle ladite pièce conductrice munie de lamelles est solidaire du canon. 9. Prise coaxiale pour circuit hyperfréquence selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que lesdits moyens de fixation sont constitués par un boulon-guide et un écrou entre lesquels est pincé le couvercle de ladite boîte métallique de blindage avec un jeu latéral permettant un positionnement mutuel correct des extrémités de l'âme et de la ligne microbande. 10. Application de la prise coaxiale pour circuit hyperfréquence selon l'une des revendications 1 à 9, à un dispositif de montage de test selon laquelle ladite boîte métallique de blindage est une ceinture de test montée provisoirement sur ledit circuit et lesdites prises sont des prises de test agencées deux par deux pour le test et le réglage séparé de chaque fonction dudit circuit hyperfréquence. 11. Prise coaxiale pour circuit hyperfréquence selon les revendications 9 et 10 prises ensemble1 caractérisée en ce que la tête dudit boulon-guide et l'ouverture associée dans le couvercle de ladite boîte métallique de blindage ont des formes adaptées pour permettre le passage de la tête du boulon à travers l'ouverture puis le blocage de cette dernière après rotation du boulon et vissage de l'écrou.