Brevet FR2694668A1 — publié le 19940211

La présente invention se rapporte à un transformateur de phase à lignes commutées offrant deux quantités différentes ou plus de déphasage. La figure 6 est un schéma de circuit illustrant un transformateur de phase à lignes commutées de l'art antérieur Sur la figure 6, un transformateur de phase 7 à lignes commutées comprend des transistors à effet de champ ou FET 3 a à 3 d, des lignes de résonance 4 a à 4 d et des lignes de transmission 6 et 7 La ligne de résonance 4 a est connectée entre une source et un drain du FET 3 a et la source est connectée à une borne d'entrée 1 Le circuit résonnant 4 b est connecté entre une source et un drain du FET 3 b et le drain est connecté à une borne de sortie 2 La ligne de transmission 6 est connectée en série entre le drain du FET 3 a et la source du FET 3 b Le circuit résonnant 4 c est connecté entre une source et un drain du FET 3 c et le drain est connecté à la borne d'entrée 2 Le circuit résonnant 4 d est connecté entre une source et un drain du FET 3 d et la source est connectée à la borne de sortie 2 La ligne de transmission 7 est connectée en série entre la source du FET 3 c et le drain du FET 3 d Les chiffres de référence a à 5 d désignent des bornes de polarisation de porte qui sont connectées aux portes des FET 3 a à 3 d, respectivement La ligne de transmission 6 sert de ligne de référence et la longueur électrique de la ligne de transmission 7 est plus grande que la longueur électrique de la ligne de transmission de référence 6, d'une longueur prescrite Là, la longueur électrique de la ligne de transmission correspond à la différence des phases entre une onde d'entrée et une onde de sortie qui forment l'entrée et la sortie de la ligne de transmission, respectivement. On donnera une description du fonctionnement. Dans le transformateur de phase à lignes commutées, les FET 3 a à 3 d servent de commutateurs qui fonctionnent selon les tensions appliquées aux bornes respectives de polarisation de porte 5 a à 5 d et deux trajets de transmission de signaux A et B, s'étendant de la borne d'entrée 1 à la borne de sortie 2 et ayant des longueurs électriques différentes, sont produits par la commande par tout ou rien des commutateurs 3 a à 3 d Un signal à l'entrée de la borne d'entrée 1 est transmis par la ligne de transmission de référence 6, c'est-à- dire le trajet de transmission de signaux A ou la ligne de transmission 7, dont la longueur électrique est plus grande que la longueur électrique de la ligne de transmission 6, c'est-à-dire le trajet de transmission de signaux B, pour atteindre la borne de sortie 2 Ainsi, les signaux à l'entrée de la borne 1 sortent en tant que signaux ayant une différence de phase qui correspond à la différence des longueurs électriques entre les deux trajets de transmission de signaux 6 et 7 transmission de signaux A, les FET 3 a et 3 b sont mis en circuit tandis que les FET 3 c et 3 d sont hors circuit Quand le trajet de transmission de signaux B est choisi, les FET 3 a et 3 b sont mis hors circuit tandis que les FET 3 c et 3 d sont mis en circuit. Quand la tension de polarisation de porte est de OV, les FET 3 a à 3 d sont à l'état passant et quand la tension de polarisation de porte est plus faible qu'une tension de coupure, ils sont à l'état non passant Quand les FET 3 a à 3 d sont à l'état passant, une région située entre la source et le drain de chaque FET est à une faible résistance, inférieure à plusieurs ohm et les FET fonctionnent comme un élément de faible résistance Quand les FET sont à l'état non passant, une région entre la source et le drain de chaque FET est équivalente à un circuit en parallèle comprenant une résistance de plusieurs kilo-ohms et une capacité (CT) et la capacitance résonne avec la ligne de résonance qui est connectée entre la source et le drain du FET ce qui signifie que le FET fonctionne comme un condensateur. Cependant, lorsqu'un certain nombre de déphasages doivent être obtenus en utilisant le transformateur de phase à lignes commutées conventionnel, un certain nombre de transformateurs de phase qui produisent des déphasages différents les uns des autres sur un signal d'entrée doivent être connectés en série selon le nombre de déphasages souhaités, comme le montre la figure 7 Sur la figure 7, le chiffre de référence 800 désigne un transformateur de phase à plusieurs bits Les chiffres 20 à 24 désignent des transformateurs de phase à lignes commutées et le chiffre 19 désigne des bornes de connexion Les degrés dans chaque bloc du transformateur représentent les différences de phase entre un signal d'entrée et un signal de sortie dans le cas o le transformateur de phase est utilisé indépendamment Dans le transformateur de phase conventionnel à plusieurs bits 800, comme un seul déphasage est obtenu de chacun des transformateurs de phase 20 à 24, des transformateurs de phase à lignes commutée en un nombre égal à la quantité de déphasages souhaités sont requis, avec pour résultat une augmentation du prix de production De plus, la taille de la puce du transformateur de phase 800 à plusieurs bits est considérablement accrue. La présente invention a pour objet de procurer un transformateur de phase à lignes commutées qui réduit le prix de production et la taille de la puce d'un transformateur de phase à plusieurs bits comprenant un certain nombre de transformateurs de phase à lignes commutées. Selon un premier aspect de la présente invention, un transformateur de phase à lignes commutées comprend trois lignes de transmission ou plus ayant des longueurs électriques différentes, qui sont disposées entre une borne d'entrée et une borne de sortie et qui sont connectées parallèlement les unes aux autres, des FET côté entrée servant de commutateurs pour relier les extrémités d'entrée des lignes de transmission à une borne d'entrée et des FET côté sortie servant de commutateurs pour connecter les extrémités de sortie des lignes de transmission à la borne de sortie Dans cette structure, on produit autant de trajets de transmission de signaux qu'il y a de lignes de transmission Quand l'un des trajets de transmission de signaux est choisi en tant que référence et qu'un signal est transmis par deux trajets de transmission de signaux restants ou plus, on obtient deux déphasages différents ou plus dans le transformateur de phase. Selon un second aspect de l'invention, un transformateur de phase à lignes commutées comprend trois lignes de transmission ou plus ayant des longueurs électriques différentes, qui sont disposées entre une borne d'entrée et une borne de sortie et qui sont connectées en parallèle les unes aux autres, un circuit de commutation côté entrée pour connecter ou déconnecter les extrémités d'entrée des lignes de transmission les unes par rapport aux autres ou à la borne d'entrée et un circuit de commutation côté sortie pour connecter ou déconnecter les extrémités de sortie des lignes de transmission les unes par rapport aux autres ou à la borne de sortie Dans cette structure, on produit autant de trajets de transmission de signaux qu'il y a de lignes de transmission le long des lignes respectives de transmission et par ailleurs, on produit plus de trajets de transmission de signaux par connexion appropriée des trois lignes de transmission ou plus Lorsque l'un des trajets de transmission de signaux est choisi en tant que référence et qu'un signal est transmis par les trajets restant de transmission de signaux, on obtient trois déphasages différents ou plus dans le transformateur de phase. Selon un troisième aspect de la présente invention, comme au moins l'une des lignes ci-dessus décrites de transmission est une structure d'interconnexion multicouche, la grandeur du transformateur de phase est réduite. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective illustrant un transformateur de phase à lignes commutées selon un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est un schéma de circuit équivalent du transformateur de phase de la figure 1; la figure 3 est un schéma de circuit illustrant un transformateur de phase à lignes commutées selon un second mode de réalisation de la présente invention; les figures 4 (a) et 4 (b) sont des diagrammes illustrant un transformateur de phase à lignes commutées selon un troisième mode de réalisation de la présente invention, la figure 4 (a) étant une vue en perspective et la figure 4 (b) une vue en coupe faite suivant la ligne I Vb-I Vb de la figure 4 (a); la figure 5 est un schéma de circuit équivalent du transformateur de phase de la figure 4 (a); la figure 6 est un schéma de circuit illustrant un transformateur de phase à lignes commutées de l'art antérieur; et la figure 7 donne un schéma bloc illustrant un transformateur de phase à plusieurs bits, comprenant un certain nombre de transformateurs de phase à lignes commutées selon la figure 7. La figure 1 est une vue en perspective illustrant un transformateur de phase à lignes commutées selon un premier mode de réalisation de la présente invention et la figure 2 en est un schéma de circuit équivalent Sur ces figures, les mêmes chiffres de référence que sur la figure 6 désignent des pièces identiques ou correspondantes. On donnera une description de la structure du transformateur de phase à lignes commutées Sur la figure 1, le chiffre de référence 100 désigne un transformateur de phase à lignes commutées qui est disposé sur un substrat 15 en Ga As Ce transformateur de phase 100 comporte des lignes de transmission 6, 7 et 8 et des transistors à effet de champ ou FET 3 a à 3 f Les lignes de transmission 6, 7 et 8, ayant des longueurs électriques différentes, sont disposées entre la borne d'entrée 1 et la borne de sortie 2 et sont connectées les unes aux autres via des régions diffusées 17 Les FET 3 a, 3 c et 3 e sont disposés entre la borne d'entrée 1 et les extrémités de sortie des lignes de transmission 6, 7 et 8, respectivement et les FET 3 b, 3 d et 3 f sont disposés entre la borne de sortie 2 et les extrémités de sortie des lignes de transmission 6, 7 et 8, respectivement Des lignes de résonance 4 a à 4 f sont disposées entre les sources et les drains des FET 3 a à 3 f, respectivement Les portes 30 a et 30 b des FET 3 a et 3 b sont connectées à une borne de polarisation de porte 5 a Les portes 30 c à f des FET 3 c à 3 f sont connectées à des bornes de polarisation de porte 5 c à Sf, respectivement Un pont d'air 16 relie la borne de polarisation de porte 5 a aux portes 30 a et 30 b des FET 3 a et 3 b La borne de polarisation de porte 5 a est commune aux FET 3 a et 3 b sur le substrat 15 en Ga As. On donnera une description du fonctionnement Le fonctionnement fondamental du transformateur de phase 100 est identique à celui du transformateur de phase à lignes commutées conventionnel 700 Tandis que deux trajets de transmission de signaux A et B sont produits dans le transformateur de phase 700, trois trajets de transmission de signaux A, B et C sont produits dans le transformateur de phase 100 de ce mode de réalisation. Lorsque l'on choisit deux trajets de transmission de signaux parmi les trajets de transmission de signaux A, B et C, avec le trajet restant de transmission de signaux comme référence, on obtient deux déphasages différents La sélection est effectuée en entreprenant la commande par tout ou rien des FET 3 a, 3 c et 3 e et des FET 3 b, 3 d et 3 f, respectivement disposés du côté entrée et du côté sortie des lignes de transmission 6, 7 et 8 Par exemple, lorsqu'un signal à l'entrée de la borne dentrée 1 sort par la borne de sortie 2 en passant par le trajet de transmission de signaux A, les tensions de polarisation de porte des FET 3 a et 3 b sont établies à O volt pour mettre ces FET en circuit tandis que les tensions de polarisation de porte des FET 3 c à 3 f qui restent sont mises à une tension plus faible que la tension d'arrêt pour mettre ces FET hors circuit et ainsi le signal d'entrée est transmis par le trajet de transmission de signaux A. Selon le transformateur de phase à lignes commutées de ce premier mode de réalisation, les trois lignes de transmission 6, 7 et 8, ayant des longueurs électriques différentes, sont disposées entre la borne d&entrée 1 et la borne de sortie 2 et elles sont connectées par les FET 3 a à 3 f et les trois trajets de transmission de signaux A, B et C, ayant des longueurs électriques différentes, sont obtenus entre la borne d&entrée 1 et la borne de sortie 2 par commande par tout ou rien des FET 3 a à 3 f Par conséquent, quand deux des trajets de transmission de signaux sont choisis avec le trajet restant de transmission comme référence et que des signaux sont transmis par les trajets choisis, on obtient deux déphasages En effet, le transformateur de phase 100 de ce mode de réalisation sert de transformateur de phase à deux bits tandis que, dans l'exemple conventionnel, il faudrait connecter deux transformateurs de phase à lignes commutées en série pour obtenir un transformateur de phase à deux bits Par suite, un transformateur de phase à deux bits de petite taille est obtenu à un plus faible prix de production en comparaison avec celui qui est conventionnel. Tandis que, dans le premier mode de réalisation ci-dessus décrit, trois lignes de transmission de signaux 6, 7 et 8 ayant des longueurs électriques différentes sont connectées entre la borne d'entrée 1 et la borne de sortie 2 pour obtenir deux déphasages différents, quatre lignes de transmission de signaux ou plus peuvent être disposées pour obtenir plus de déphasages. La figure 3 est un schéma de circuit illustrant un transformateur de phase à lignes commutées selon un second mode de réalisation de la présente invention Sur la figure 3, les mêmes chiffres de référence que sur les figures 1 et 2 désignent des pièces identiques ou correspondantes Dans le transformateur de phase 300, les lignes de transmission 6, 7 et 8 ayant des longueurs électriques différentes sont disposées entre la borne d&entrée 1 et la borne de sortie 2 et elles sont connectées les unes aux autres par des circuits de commutation l Oa et l Ob. Le circuit de commutation 10 a comprend des commutateurs 9 a à 9 e Le commutateur 9 a commande la connexion entre la borne d'entrée 1 et la ligne de transmission 6, le commutateur 9 b commande la connexion entre les lignes de transmission 6 et 7, le commutateur 9 c commande la connexion entre la borne d'entrée I et la ligne de transmission 7, le commutateur 9 d commande la connexion entre la borne d'entrée 1 et la ligne de transmission 8, et le commutateur 9 e commande la connexion entre les lignes de transmission 7 et 8. Le circuit de commutation l Ob comprend des commutateurs 9 f à 9 j Le commutateur 9 f commande la connexion entre les lignes de transmission 6 et 7, le commutateur 9 g commande la connexion entre la borne de sortie 2 et la ligne de transmission 6, le commutateur 9 h commande la connexion entre la borne de sortie 2 et la ligne de transmission 7, le commutateur 9 i commande la connexion entre les lignes de transmission 7 et 8 et le commutateur 9 j commande la connexion entre la borne de sortie 2 et la ligne de transmission 8. Dans le transformateur de phase 300 de ce second mode de réalisation, quatre trajets de transmission de signaux A à D, ayant des longueurs électriques différentes, sont produits par commande par tout ou rien des commutateurs 9 a à 9 j Plus particulièrement, le trajet A de transmission de signaux est produit par la ligne de transmission 6, le trajet B de transmission de signaux par la ligne de transmission 8, le trajet C de transmission de signaux par la ligne de transmission 7 et le trajet D de transmission de signaux par les lignes de transmission 6, 7 et 8 Par exemple, quand le trajet de transmission de signaux A est un trajet de référence, on obtient trois déphasages différents entre le trajet de référence A et les trajets de transmission de signaux B, C et D En effet, le transformateur de phase 300 de ce second mode de réalisation sert de transformateur de phase à trois bits tandis que, dans l'exemple conventionnel, il faudrait connecter trois transformateurs de phase 700 pour obtenir un transformateur de phase à trois bits Par suite, on obtient un plus petit transformateur de phase à trois bits à un plus faible prix de production, en comparaison avec celui qui est conventionnel. Tandis que, dans le second mode de réalisation ci-dessus décrit, trois lignes de transmission de signaux 6, 7 et 8 ayant des longueurs électriques différentes sont connectées entre la borne d'entrée 1 et la borne de sortie 2 par les circuits de commutation l Oa et l Ob pour obtenir trois déphasages différents, on peut connecter quatre lignes de transmission de signaux ou plus via des circuits de commutation pour obtenir plus de déphasages. La figure 4 (a) est une vue en perspective éclatée illustrant un transformateur de phase à lignes commutées selon un troisième mode de réalisation de la présente invention La figure 5 est un schéma de circuit équivalent de la figure 4 (a) Sur ces figures, les mêmes chiffres de référence que sur la figure 1 désignent des pièces identiques ou correspondantes Dans ce troisième mode de réalisation, comme le montre la figure 4 (a), une couche épitaxialement tirée 15 a en Ga As est disposée sur un substrat 15 b en Ga As sur lequel est formée une ligne de transmission 14 b Les lignes de transmission 6, 7 et 14 sont disposées sur la couche tirée épitaxialement 15 a en Ga As La ligne de transmission 14 a est connectée à la ligne de transmission 14 b par des trous de contact 18 Les autres parties sont identiques à celles du transformateur de phase de la figure 1. La figure 4 (b) est une vue en coupe faite suivant la ligne IV(b)-IV(b) de la figure 4 (a), illustrant une partie de contact des lignes de transmission 14 a et 14 b La partie de contact est produite par une technique d'interconnexion multicouche conventionnelle Plus particulièrement, un film isolant entre- couche 25 et la ligne de transmission 14 b sont formés sur le substrat 15 b en Ga As et la couche épitaxialement tirée 15 a est formée par dessus Alors, le trou de contact 18 est formé pour traverser la couche épitaxiée 15 a en Ga As et atteindre la surface de la ligne de transmission 14 b Alors, le trou de contact 18 est rempli d'un fil de métal, c'est-à-dire la ligne de transmission 14. Dans le transformateur de phase à lignes commutées selon le troisième mode de réalisation de la présente invention, comme la ligne de transmission correspondant à la ligne de transmission 8 de la figure 1 est d'une structure d'interconnexion multicouche comprenant les lignes de transmission 14 a et 14 b, la taille du transformateur de phase 400 est encore réduite en comparaison avec le transformateur de phase 100 de la figure 1. La ligne de transmission du transformateur de phase 300 selon le second mode de réalisation de la présente invention peut être de la structure d'interconnexion multicouche avec les mêmes effets que ci-dessus. Comme cela est évident de la description qui précède, selon la présente invention, un transformateur de phase à lignes commutées comporte trois lignes de transmission ou plus ayant des longueurs électriques différentes, qui sont disposées entre une borne d'entrée et une borne de sortie et qui sont connectées parallèlement les unes aux autres, des FET côté entrée servant de commutateurs pour connecter les extrémités d'entrée des lignes de transmission à la borne d'entrée et des FET côté sortie servant de commutateurs pour connecter les extrémités de sortie des lignes de transmission à la borne de sortie Par conséquent, deux quantités différentes de déphasage ou plus sont obtenues dans le transformateur de phase avec pour résultat un transformateur de phase à plusieurs bits de petite taille, à un faible prix de production. Selon la présente invention, un transformateur de phase à lignes commutées comporte trois lignes de transmission ou plus ayant des longueurs électriques différentes, qui sont disposées entre une borne d'entrée et une borne de sortie et qui sont connectées parallèlement les unes aux autres, un circuit de commutation côté entrée pour connecter ou déconnecter les extrémités d'entrée des lignes de transmission les unes par rapport aux autres ou avec la borne d'entrée et un circuit de commutation côté sortie pour connecter ou déconnecter les extrémités de sortie des lignes de transmission les unes par rapport aux autres ou avec la borne de sortie Par conséquent, on obtient trois déphasages différents ou plus dans le transformateur de phase avec pour résultat un transformateur de phase à plusieurs bits de plus petite taille à un plus faible prix de production. REVENDICATIONS 1 Transformateur de phase à lignes commutées, recevant un signal d'entrée et émettant un certain nombre de signaux de sortie ayant des déphasages différents de phase par rapport audit signal d'entrée, caractérisé en ce qu'il comprend: une borne d'entrée ( 1) et une borne de sortie ( 2); trois lignes de transmission ( 6, 7, 8) ou plus ayant des longueurs électriques différentes, qui sont disposées entre ladite borne d'entrée ( 1) et ladite borne de sortie ( 2) et qui sont connectées parallèlement les unes aux autres; trois transistors à effet de champ d'entrée ( 4 a, 4 c, 4 e) ou plus servant de commutateurs pour connecter ou déconnecter ladite borne d'entrée ( 1) avec les extrémités d'entrée desdites trois lignes de transmission ( 6, 7, 8) ou plus, qui sont respectivement disposés entre ladite borne d'entrée ( 1) et lesdites extrémités d'entrée desdites trois lignes de transmission ( 6, 7, 8) ou plus; trois transistors à effet de champ de sortie ( 4 b, 4 d, 4 f) ou plus servant de commutateurs pour connecter ou déconnecter ladite borne de sortie ( 2) avec les extrémités de sortie desdites trois lignes de transmission ( 6, 7, 8) ou plus, qui sont respectivement disposés entre lesdites extrémités de sortie desdites trois lignes de transmission ou plus ( 6, 7, 8) et ladite borne de sortie ( 2); et des trajets de transmission de signaux (A, B, C), en un nombre égal auxdites trois lignes de transmission ( 6, 7, 8) ou plus, ayant des longueurs électriques différentes, qui sont obtenus entre ladite borne d'entrée ( 1) et ladite borne de sortie ( 2) par commande par tout ou rien desdits transistors à effet de champ d'entrée ( 4 a, 4 c, 4 e) et desdits transistors à effet de champ de sortie ( 4 b, 4 d, 4 f). 2 Transformateur de phase selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites trois lignes de transmission ( 6, 7, 8) ou plus est d'une structure à interconnexion multicouche. 3 Transformateur de phase à lignes commutées, recevant un signal d'entrée et émettant un certain nombre de signaux de sortie ayant des déphasages différents dudit signal d'entrée, caractérisé en ce qu'il comprend: une borne d'entrée ( 1) et une borne de sortie ( 2); trois lignes de transmission ( 6, 7, 8) ou plus ayant des longueurs électriques différentes qui sont disposées entre ladite borne d'entrée ( 1) et ladite borne de sortie ( 2) et qui sont connectées parallèlement les unes aux autres; un circuit de commutation ( 1 Oa) côté entrée comprenant des commutateurs ( 9 a, 9 c, 9 d) pour connecter ou déconnecter ladite borne d'entrée ( 1) avec lesdites extrémités d'entrée desdites trois lignes de transmission ou plus ( 6, 7, 8) et des commutateurs ( 9 b, 9 e) pour connecter ou déconnecter lesdites extrémités d'entrée avec lesdites trois lignes de transmission ou plus ( 6, 7, 8); un circuit de commutation côté sortie ( 10 b) comprenant des commutateurs ( 9 g, 9 h, 9 j) pour connecter ou déconnecter ladite borne de sortie ( 2) par rapport aux extrémités de sortie desdites trois lignes de transmission ( 6, 7, 8) ou plus et des commutateurs ( 9 f, 9 i) pour connecter ou déconnecter lesdites extrémités de sortie desdites trois lignes de transmission ( 6, 7, 8) ou plus les unes des autres; et des trajets de transmission de signaux (A, B, C, D) en un plus grand nombre que lesdites trois lignes de transmission ( 6, 7, 8) ou plus, ayant des longueurs électriques différentes et qui sont produits entre ladite borne d'entrée ( 1) et ladite borne de sortie ( 2) par commande par tout ou rien desdits commutateurs incorporés dans ledit circuit de commutation ( 10) côté entrée et ledit circuit de commutation (l Ob) côté sortie. 4 Transformateur de phase selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites trois lignes de transmission ou plus est d'une structure à interconnexion multicouche.