Brevet FR2674078A1 — publié le 19920918

Emetteur-récepteur hyperfréquence utilisant la technique des circuits imprimés multicouches. La présente invention concerne les émetteurs-récep- teurs en hyperfréquences et plus particulièrement ceux qui utilisent la technique des circuits imprimés pour leur ensemble émission-réception et filtrage hyperfréquence et pour leur ensemble modulation- démodulation La réalisation de ces deux ensembles doit tenir compte du fait que l'émission-réception et le filtrage fonctionnent à une fréquence de quelques gigahertz alors que la fréquence de travail du modulateur-démodulateur est considérablement plus basse: de l'ordre de 100 k Hz. Compte-tenu de sa fréquence de travail, l'ensemble émission-réception et de filtrage doit être entièrement blindé et non seulement l'émission-réception doit être électro-magnéti- quement isolée du filtrage mais, de plus, les circuits corres- pondant aux différentes fonctions relatives à l'émission-récep- tion doivent être rigoureusement isolés les uns des autres. Des émetteurs-récepteurs fonctionnant en hyperfréquences sont connus dans lesquels, en ce qui concerne l'émission-réception, chaque fonction est réalisée sur un circuit imprimé individuel Les différents circuits imprimés sont encastrés dans les alvéoles d'un bloc métallique taillé dans la masse ou obtenu par moulage puis usinage; un ou plu- sieurs couvercles sont vissés sur le bloc pour fermer les alvéo- les Le filtre hyperfréquence, du type à résonateur, est enfermé dans une enceinte faite de deux demi-coquilles fixées sur le bloc métallique qui contient l'ensemble émission-réception. L'ensemble modulation-démodulation est monté sur un circuit imprimé qui lui est propre Les connexions internes à l'ensemble émission-réception et filtrage se font par des trous percés dans les cloisons Les connexions entre l'ensemble émission-réception et filtrage et le reste de l'émetteur, dont l'ensemble modula- tion-démodulation, se font en utilisant des circuits de décou- plage (by-pass, dans la littérature anglo-saxonne). Ces réalisations connues d'émetteurs-récepteurs en hyperfréquences présentent certains inconvénients: du fait du nombre de pièces à assembler le montage et le démontage sont longs et les risques de fuites hyperfréquences sont importants; de plus les connexions sont délicates à mettre en oeuvre entre les différents circuits imprimés. La présente invention a pour but d'éviter ou, pour le moins, de réduire ces inconvénients. Ceci est obtenu en utilisant un seul circuit imprimé pour monter aussi bien l'ensemble émission-réception et filtrage que l'ensemble modulation-démodulation; de plus toutes les connexions concernant ces deux ensembles peuvent être réalisées dans le circuit imprimé, du moins jusqu'à un connecteur à plu- sieurs contacts, solidaire du circuit imprimé, lorsque la con- nexion concerne également un ensemble autre que les deux ensem- bles sus-indiqués. Selon l'invention il est proposé un émetteur-récepteur hyperfréquence comportant un premier ensemble relatif à la modulation-démodulation et un deuxième ensemble relatif aux fonctions émission-réception et à la fonction filtrage hyperfréquence, caractérisé en ce qu'il comporte: un circuit imprimé multicouche avec une première face sur laquelle est monté le premier ensemble, avec une couche interne constituée, au moins partiellement, par une plaque conductrice, avec une seconde face présentant des pistes conductrices, qui forment un quadrillage conducteur irrégulier définissant des cases, et des liaisons conductrices à l'intérieur des cases, et avec des trous métallisés qui forment un pointillé dans les pistes et qui sont situés à des distances les uns des autres notablement inférieures aux longueurs d'onde de travail de l'émetteur-récepteur un treillis conducteur épais comportant des parois qui repo- sent sur les pistes et les recouvrent entièrement et un couvercle conducteur qui recouvre le treillis, en ce que les circuits hyperfréquences correspondant aux fonctions, sont disposés dans les cases avec une relation biunivoque entre les cases et les fonctions et en ce que les pistes, le treillis, les trous métallisés et, aul moins pour les fonctions émission-réception, la plaque et le couvercle forment des enve- loppes de protection électromagnétique qui enferment les cir- cuits hyperfréquences. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant, qui représentent: les figures 1 et 2 des vues en coupe de parties d'émetteurs- récepteurs selon l'invention, la figure 3, une vue en perspective d'éléments ren- trant dans la réalisation d'un émetteur-récepteur selon l'inven- tion. Sur les figures les éléments correspondants sont dési- gnés par les mêmes repères. La figure 1 montre un circuit imprimé multicouche, 1, sur lequel sont montés différents composants ainsi que, sur sa face supérieure, un treillis métallique, conducteur, épais 2, fermé par un couvercle métallique 3 associé à un joint d'étan- chéité électromagnétique 23 Sur la face inférieure du circuit 1 est montée une demi-coquille métallique, 4. La figure 3 montre, vus en perspective et avant assem- blage comment sont réalisés un circuit imprimé multicouche 1, un treillis conducteur épais 2 et un couvercle conducteur 3 desti- nés à un émetteur-récepteur selon l'invention, qui d'aileurs n'est pas celui de la figure 1 ni même celui de la figure 2, ce qui permet de voir plus de réalisations et de noter leurs carac- téristiques communes, qui sont un circuit imprimé 1 dont la couche supérieure, qui sera dite couche support, comporte un quadrillage irrégulier, 10, fait de larges pistes conductrices, avec des liaisons conductrices, telles que 11, à l'in- térieur des cases définies par ce quadrillage; il est à noter que, pour simplifier le dessin, les trous métallisés tels que les trous 20 et 40 des figures 1 et 2, n'ont pas été représentés sur la figure 3 o ils seraient apparus comme un pointillé sensiblement posi- tionné au milieu des pistes conductrices du qua- drillage 10, un treillis conducteur 2, qui reproduit en épaisseur le dessin du quadrillage 10 et qui est destiné à être soudé sur ce quadrillage, un couvercle 3 aux dimensions extérieures du treil- lis sur lequel il est assemblé à l'aide d'un ensemble, non représenté, de vis qui traversent le couvercle pour pénétrer dans des trous filetés, percés dans le treillis Le montage comporte de plus, de manière classique, un joint électromagnétique souple, non représenté, qui lui aussi reproduit le dessin du qua- drillage 10 et est destiné à être monté entre le treillis et le couvercle; un tel joint est représenté sur les figures 1 et 2 o il porte la référence 23 et o, pour bien distinguer le couvercle 3 du joint 23 et du treillis 2 ces trois éléments ont été légèrement écartés les uns des autres alors, qu'après montage au moyen de vis, ils sont parfaitement accolés. Une partie du treillis 2 selon la figure 1 constitue une demi-coquille 24 et les deux demi-coquilles 4 et 24 sont disposées de manière à constituer une coquille L'intérieur de cette coquille renferme un filtre hyperfréquence dont seul un bras de réactance 44 (stub, dans la littérature anglo-saxonne) apparaît sur la figure 1 Les bords des deux demi-coquilles sont reliés par des trous métallisés tels que 40, régulièrement disposés à environ 5 mm les uns des autres Compte tenu d'une fréquence de travail de 4,3 G Hz pour le filtre que renferme la coquille, ces trous métallisés sont donc à une distance les uns des autres qui est inférieure au vingtième de la longueur d'onde de travail dans le substrat du circuit imprimé 1; ces trous forment donc un écran aux ondes hyperfréquences créées, à l'intérieur de la coquille, par le filtre. D'autres trous métallisés tels que 20, également écar- tés les uns des autres d'environ 5 mm, font la liaison entre les autres parties du treillis, qui reposent sur le circuit imprimé 1, et une plaque conductrice 5 La plaque 5 constitue une cou- che interne partielle du circuit imprimé 1; elle est placée à l'aplomb du treillis 2 sauf à l'intérieur de la coquille, d'o elle est absente Ainsi le treillis 2, le couvercle 3, les trous métallisés tels que 20 et la plaque 5 déterminent des volumes qui sont protégés sur le plan électromagnétique, comme l'est l'intérieur de la coquille 24-4; dans ces volumes protégés sont montés les circuits électroniques correspondant aux différentes fonctions de la partie émission-réception proprement dite de l'émetteur-récepteur considéré. Les protections électromagnétiques qui entourent ainsi la partie émission-réception et le filtrage hyperfréquence, constituent, pour le milieu extérieur, un écran contre les per- turbations hyperfréquences produites par les circuits situés à l'intérieur des volumes qu'elles délimitent Ceci permet de monter la partie modulation-démodulation de l'émetteur-récepteur sur la face inférieure du circuit imprimé multicouche, là ou cette face n'est pas recouverte par la demi-coquille 4. La figure 1 montre un certain nombre de composants montés sur le circuit imprimé: composant monté en surface 51 et composant à montage spécial 52 dans la partie hyperfréquence, composant monté en surface 61 et composant classique 62, dans la partie émission-réception Les connexions entre la partie hyperfréquence et la partie modulation-démodulation sont assu- rées par des trous métallisés tels que 60 ou des trous métalli- sés associés à des circuits de découplage (by-pass dans la littérature anglo-saxonne) tels que le circuit 53. Les liaisons avec le reste de l'émetteur-récepteur sont assurées par un connecteur multicontact ordinaire, 7, soudé sur le circuit imprimé. Afin de faciliter l'assemblage entre le treillis et le circuit imprimé 1 et de le renforcer mécaniquement, le treillis comporte des pions, tels que 41, qui s'encastrent dans certains des trous métallisés, tels que 40, du quadrillage 10. Par ailleurs il est à noter que celles des couches du circuit imprimé 1, qui sont situées du côté de la partie hyperfréquence, ont été réalisées en stratifié de polytétrafluoroéthylène, en raison des bonnes performances en hyperfréquence de cette matière, tandis que les autres couches ont été réalisées en stratifié de résine époxy, en raison du prix intéressant de ce stratifié de grande diffusion. La figure 2 correspond à une variante de réalisation de l'émetteurrécepteur de la figure 1, dans laquelle la partie filtrage seule est différente La demi-coquille 4 a été suppri- mée et remplacée par une couche conductrice dans le circuit imprimé, cette couche n'étant d'ailleurs que la couche 5 selon la figure 1, mais plus étendue de manière à venir à l'aplomb du filtre hyperfréquence; dans cette variante la demi-coquille supérieure 24 est fermée par le couvercle 3 alors que dans la réalisation selon la figure 1 la demi-coquille 24 était d'un seul bloc, le couvercle 3 n'ayant donc aucun rôle de protection électromagnétique vis-à-vis du filtre hyperfréquence Il est à remarquer de plus, que dans la réalisation selon la figure 2, le bras de réactance 44 est plus mince que dans la réalisation selon la figure 1 du fait qu'il ne peut prendre toute l'épais- seur du circuit; c'est pourquoi afin de conserver la même fré- quence de travail le volume de la cavité qui a déjà été réduit par la suppression de la demi-coquille inférieure l'est encore plus par une excroissance 34 du couvercle 3, excroissance qui est plus épaisse que le fond, parallèle au circuit imprimé 1, de la demi-coquille 24 selon la figure 1. La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits, c'est ainsi que le treillis métallique peut être consti- tué de plusieurs mailles assemblées par exemple par soudure. De même, la technologie du circuit imprimé, avec ses trous métallisés, permet l'insertion, en sandwich, d'un drain thermique: une plaque métallique peut, en effet, être disposée à l'intérieur de l'empilage des couches du circuit imprimé et cette plaque peut être constituée par la plaque 5 à condition de lui donner une épaisseur suffisante pour l'effet d'évacuation de calories recherché. REVENDICATIONS 1 Emetteur-récepteur hyperfréquence comportant un premier ensemble relatif à la modulation-démodulation et un deuxième ensemble relatif aux fonctions émission-réception et à la fonction filtrage hyperfréquence, caractérisé en ce qu'il comporte: un circuit imprimé multicouche ( 1) avec une première face sur laquelle est monté le premier ensemble, avec une couche interne ( 5) constituée, au moins partiellement, par une plaque conduc- trice, avec une seconde face présentant des pistes conductrices ( 10), qui forment un quadrillage conducteur irrégulier définis- sant des cases, et des liaisons conductrices ( 11) à l'intérieur des cases, et avec des trous métallisés ( 20, 40) qui forment un pointillé dans les pistes et qui sont situés à des distances les uns des autres notablement inférieures aux longueurs d'onde de travail de l'émetteur-récepteur un treillis conducteur épais ( 2) comportant des parois qui reposent sur les pistes et les recouvrent entièrement et un couvercle conducteur ( 3) qui recouvre le treillis ( 2), en ce que les circuits hyperfréquences ( 44, 51, 52) correspon- dant aux fonctions, sont disposés dans les cases avec une rela- tion biunivoque entre les cases et les fonctions et en ce que les pistes ( 10), le treillis ( 2), les trous métallisés ( 20, 40) et, au moins pour les fonctions émission-réception, la plaque ( 5) et le couvercle ( 3) forment des enveloppes de protection électromagnétique qui enferment les circuits hyperfréquences. 2 Emetteur-récepteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la plaque conductrice ( 5) est limitée, en éten- due, à la partie du circuit imprimé sur laquelle sont situés les circuits hyperfréquences ( 51,52) correspondant aux fonctions émission-réception et en ce que l'enveloppe du circuit hyperfréquence correspondant à la fonction filtrage comporte deux demi- coquilles ( 4, 24) dont la première ( 24) fait partie, au moins partiellement, du treillis ( 2) et dont la seconde ( 4) est disposée de l'autre côté du circuit imprimé ( 1) par rapport à la première. 3 Emetteur-récepteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la plaque conductrice ( 5) s'étend au moins dans toutes la partie du circuit imprimé sur laquelle est monté le premier ensemble et en ce que,l'enveloppe réservée à la fonction de filtrage dans le premier ensemble comporte d'une part une demi-coqui Ule ( 24, 3) qui fait partie, au moins partiellement, du treillis ( 2) et d'autre part la partie de la plaque ( 5) au dessus de laquelle se trouve la demi-coquille ( 24, 3). 4 Emetteur-récepteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la circuit hyperfréquence correspondant à la fonction filtrage comporte des bras de réactance ( 44) réalisés dans l'épaisseur du circuit imprimé ( 1). 1 5 Emetteur-récepteur selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte un connecteur multicon- tact ( 7) fixé au circuit imprimé ( 1) pour assurer les liaisons entre le premier et le deuxième ensemble et le reste de l'émet- teur-récepteur.