Brevet FR2717326A1 — publié le 19950915

i - 2717326 LIGNE DE TRANSMISSION ET PROCÉDÉ DE CONCEPTION ASSOCIÉ De façon globale, la présente invention concerne les lignes de transmission et, de façon plus spécifique, les lignes de transmission équilibrées présentant une petite section droite et leurs procédés de conception associés. De façon globale, les lignes de transmission équilibrées sont utilisées pour émettre, de façon différentielle, des signaux de fréquence radio (R.F.) entre deux circuits. Une ligne de transmission transversale électrique et magnétique (TEM) contient de façon usuelle au moins deux conducteurs pour la transmission du signal R.F.. La géométrie des deux conducteurs et l'utilisation d'un matériau de diélectrique détermine l'impédance caractéristique et la cavité de la ligne de transmission.15 Par le passé, des géométries comme une ligne de transmission couplée du côté transversal, illustrée sur la Figure 1, une ligne de transmission coplanaire, illustrée sur la Figure 2 et une ligne de transmission à micro-bande, illustrée sur la Figure 3, ont été utilisées pour des20 applications particulières comme lignes de transmission. Cependant, lorsqu'on essaie d'utiliser ces géométries particulières dans une ligne de transmission à section droite limitée, ces géométries usuelles, illustrées sur les Figures 1 à 3, ne peuvent constituer une ligne de25 transmission ayant une impédance caractéristique dans un intervalle désiré. La section droite se réfère à la hauteur et à la largeur de la géométrie de la ligne de transmission. Ces trois géométries ne peuvent présenter une impédance caractéristique tolérantes à cause des variations30 de fabrication d'attaque chimique de motif de conducteur, d'alignement du motif de conducteur et d'épaisseur du stratifié diélectrique. De plus, la ligne de transmission à micro-bande est une ligne de transmission non équilibrée. Alors, il serait avantageux de constituer une ligne de transmission ayant une section droite limitée avec une impédance caractéristique incluse dans un intervalle désiré et pouvant être facilement fabriquée. La Figure 1 est une illustration d'une géométrie de ligne de transmission du côté transversal faisant partie de l'art antérieur; la. Figure 2 est une illustration d'une géométrie de ligne de transmission coplanaire faisant partie de l'art antérieur; la Figure 3 est une illustration d'une géométrie de ligne de transmission à micro-bande faisant partie de l'art antérieur; la Figure 4 est une illustration des plans de symétrie utilisés selon la présente invention; la Figure 5 est une illustration d'une ligne de transmission selon la présente invention; la Figure 6 est une vue en perspective de la ligne de transmission de la Figure 5 selon la présente invention; la Figure 7 est une illustration d'un Tableau contenant les tolérances mesurées d'une géométrie de ligne de transmission selon la présente invention; et la Figure 8 est une illustration de deux Tableaux contenant les tolérances mesurées à partir d'une géométrie de ligne de transmission de l'art antérieur. Un mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention concerne une géométrie de ligne de transmission présentant une tolérance d'impédance caractéristique améliorée pour une ligne de transmission ayant une section droite limitée. La géométrie de ligne de transmission 3 utilise une combinaison unique de couplage transversal et de couplage coplanaire avec une plaque de réflexion de façon à améliorer la tolérance de l'impédance caractéristique. Tout d'abord, un plus grand intervalle coplanaire est utilisé pour réduire l'erreur d'attaque chimique. Ensuite, les sensibilités d'épaisseur de diélectrique interne ont été réduites de même en se basant sur le couplage transversal et le couplage coplanaire afin de déterminer l'impédance caractéristique de la ligne de transmission. En fin, l'effet de l'erreur d'alignement dans10 le couplage transversal est éliminé en plaçant les deux conducteurs de support du signal sur la même couche. Une géométrie de ligne de transmission à couplage transversal, comme illustré sur la Figure 1, possède une impédance caractéristique qui est sensible à l'épaisseur du15 matériau de diélectrique entre le premier conducteur 101 et le second conducteur 103, au décalage d'alignement entre le premier conducteur 101 et le second conducteur 103 et à la largeur du premier conducteur 101 et du second conducteur 103. Le Tableau 801 de la Figure 8 illustre la tolérance de géométrie de ligne de transmission transversale aux imprécisions d'attaque chimique ou de largeur de ligne et de diélectrique pour une ligne de transmission de 50 n possédant une largeur désirée de conducteur de 0, 39 mm et une épaisseur de diélectrique de 0,125 mm. Comme il ressort25 du Tableau 801, la géométrie de ligne de transmission transversale varie d'environ -24,5 % à +27 % à cause des variations. Le Tableau 803 de la Figure 8 illustre une relation entre la tolérance de géométrie de ligne de transmission transversale et les fluctuations de la largeur30 des conducteurs et du décalage d'alignement entre le premier conducteur 101 et le second conducteur 103. Comme il ressort du Tableau 803, la géométrie de ligne de transmission transversale varie entre -8 % et +17 % pour un décalage d'alignement donné. La géométrie de ligne de transmission coplanaire, comme illustré sur la Figure 2, ne peut constituer une ligne de transmission de 50 2 lorsque les critères de conception nécessitent une largeur globale de la ligne de 5 transmission inférieure à 1,6 mm. La raison à cela est qu'une ligne de transmission de 50 n ayant une largeur de conducteur de 1,6 mm nécessite un intervalle coplanaire de 0,025 mm. Un intervalle de cette largeur est difficile à fabriquer avec la technologie actuellement disponible pour notre application donnée. L'intervalle coplanaire est illustré sur la Figure 2 comme la distance séparant le premier conducteur 201 et le second conducteur 203, et est désigné par Y sur la Figure 2. De façon à surmonter les inconvénients des géométries existantes de ligne de transmission, une nouvelle géométrie de ligne de transmission a été inventée, utilisant les caractéristiques, à la fois, de la géométrie de ligne de transmission transversale et de la géométrie de ligne de transmission coplanaire. La partie 1 de la Figure 4 est une20 illustration du plan de symétrie à partir de la géométrie de ligne de transmission coplanaire qui est adoptée par la nouvelle géométrie de ligne de transmission. La partie 2 de la Figure 4 est une illustration du plan de symétrie à partir de la géométrie de ligne de transmission25 transversale qui est adoptée par la nouvelle géométrie de ligne de transmission. La Figure 5 est une illustration d'une géométrie de ligne de transmission 500 selon la présente invention. La géométrie de ligne de transmission 500 comprend un premier30 conducteur 501, un second conducteur 503 et un troisième conducteur 505. Le premier conducteur 501 et le second conducteur 503 sont couplés par le bord comme dans une géométrie coplanaire usuelle, comme illustré par les condensateurs 507 sur la Figure 5. De plus, le premier>5 conducteur 501 et le second conducteur 503 sont couplés du côté transversal à l'aide du troisième conducteur 505 comme plaque de réflexion, comme illustré par les condensateurs 509 sur la Figure 5. La hauteur effective de couplage transversal est égale à deux fois la distance entre le f troisième conducteur 505 et un plan formé par le premier conducteur 501 et le second conducteur 503. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, le premier conducteur 501 et le second conducteur 503 sont utilisés pour transporter les signaux de fréquence radio entre un récepteur radio et une antenne. Le troisième conducteur 505 est un conducteur flottant utilisé pour contenir les champs électriques entre le premier conducteur 501 et le second conducteur 503, réfléchissant ainsi une image du premier conducteur 501 et du second conducteur 503. Le premier conducteur 501 est15 souvent référencé comme plaque de réflecteur. Usuellement, l'espace entre le troisième conducteur 505 et le plan du premier conducteur 501 et du second conducteur 503 est rempli d'un matériau de diélectrique. En option, l'espace peut être vide. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, le20 matériau de diélectrique est un matériau de plaque de circuit flexible, référencé, de façon usuelle, par " flex ", possédant une constante de diélectrique úr égale à 3,4. De plus, le troisième conducteur 505 contient des discontinuités périodiques sur sa longueur afin de supprimer tout mode de transmission non désiré, comme l'électrique transversal (TE), le magnétique transversal (TM) ou l'électromagnétique transversal (TEM). Les discontinuités périodiques sont réalisées par rupture du 3o troisième conducteur 505 sur sa longueur. La distance électrique entre les discontinuités périodiques doit être inférieure à un quart de la longueur d'onde de la plus haute fréquence à transmettre sur la géométrie de ligne de transmission 500. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, les discontinuités périodiques surviennent à chaque 1/10 de la longueur d'onde de la plus haute fréquence transmise sur la ligne de transmission. La plus haute fréquence transmise est 1,5 GHz. La Figure 7 est un Tableau illustrant les résultats de la nouvelle géométrie de ligne de transmission pour diverses tolérances d'une ligne de transmission de 50 I. Pour les tolérances données, l'impédance caractéristique varie entre -15,2 et +17,2 % par rapport à la tolérance transversale variant entre -24,5 % et +27 %. Alors, la10 nouvelle géométrie de ligne de transmission permet une conception de ligne de transmission plus tolérante aux erreurs pour de petites sections droites. De façon à concevoir une ligne de transmission utilisant cette géométrie, on doit suivre le processus suivant. Tout d'abord, on détermine une section droite physique désirée de la ligne de transmission comprenant, à la fois, la hauteur et la largeur de la ligne de transmission. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, la hauteur globale ne peut dépasser 0,311 mm, le diélectrique20 interne a été limité à 0,100 mm et la largeur de la ligne de transmission ne peut dépasser 1,6 mm. Ensuite, on détermine une impédance caractéristique désirée de ligne de transmission Zod. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, la impédance caractéristique désirée de ligne de transmission Zod est égale à 50 . Ensuite, on détermine la plus haute fréquence de transmission à utiliser sur la ligne de transmission et sa longueur d'onde correspondante dans la ligne de transmission. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, la plus haute fréquence de transmission3s) désirée est de 1,5 GHz, possédant une longueur d'onde correspondante dans la ligne de transmission égale à mm. Enfin, on choisit un intervalle coplanaire Y entre le premier conducteur 501 et le second conducteur 503. L'intervalle coplanaire Y doit être choisi aussi petit que possible étant données les technologies courantes de fabrication. L'intervalle coplanaire Y doit générer une impédance caractéristique coplanaire Zoc qui est supérieure à la impédance caractéristique désirée de ligne de transmission Zod. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, l'intervalle coplanaire Y a été choisi égal à 0,25 mm. A l'aide de l'intervalle coplanaire Y et de la largeur globale de la ligne de transmission, on calcule les largeurs maximum égales du premier conducteur 501 et du second conducteur 503. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, la largeur du premier conducteur 501 et celle du second conducteur 503 sont égales à 0,55 mm enfin, on calcule une hauteur de côté transversal entre le premier conducteur 501 et le second conducteur 503 de façon à satisfaire l'équation suivante: 1/Zod = 1/Zoc + 1/Zob Cette équation est une estimation grossière de l'impédance effective de la ligne de transmission résultante. Dans le mode de mise en oeuvre préféré, la hauteur de côté transversal est égale à 0,200 mm. Ensuite,20 on établit la distance séparant le troisième conducteur 505 et le plan du premier conducteur 501 et du second conducteur 503 comme égal à une moitié de la hauteur de côté transversal calculée. Ensuite, on établit la géométrie calculée puis on règle de façon fine les dimensions pour25 obtenir l'impédance caractéristique désirée. De façon plus probable, l'estimation, par suite de la résolution de l'équation ci-dessus, donnera une plus faible impédance caractéristique que la impédance caractéristique désirée de ligne de transmission Zod. Avant de fabriquer la géométrie 30 calculée, on peut effectuer une modélisation précise à l'aide d'un simulateur de structure à haute fréquence comme le Simulateur de Structure à Haute Fréquence 85180A de Hewlett Packard. Comme étape en option, on peut concevoir des discontinuités périodiques sur la longueur du troisième conducteur 505. Ces discontinuités périodiques ou ruptures 8 2717326 dans le troisième conducteur 505 doivent être espacées de moins d'un quart de la longueur d'onde de la plus haute fréquence à transmettre sur la géométrie de ligne de transmission 500. Dans le mode de mise en oeuvre préféré,5 les discontinuités périodiques ont été espacées d'un dixième d'une longueur d'onde de la plus haute fréquence à transmettre sur la géométrie de ligne de transmission 500 (20 mm). Les ruptures peuvent être clairement visualisées sur la Figure 6 qui est une vue en perspective de la ligne de transmission de la Figure 5. REVENDICATIONS 1. Ligne de transmission pour la transmission d'un signal désiré présentant une fréquence maximum, la fréquence maximum présentant une première longueur d'onde,5 ligne de transmission caractérisée par: - un premier conducteur (501) ayant une première largeur prédéterminée et placé dans un premier plan; - un second conducteur (503) pratiquement parallèle au premier conducteur, et coplanaire et séparé du premier conducteur, et possédant une seconde largeur prédéterminée; et - un troisième conducteur (505) au dessus du premier plan, pratiquement parallèle au premier plan, le troisième conducteur ayant une troisième largeur prédéterminée et une15 longueur et étant brisé sur sa longueur selon une distance prédéterminée bien inférieure au quart de la longueur d'onde de la fréquence maximum. 2. Ligne de transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que la troisième largeur prédéterminée est supérieure à la somme de la première largeur prédéterminée et de la seconde largeur prédéterminée. 3. Ligne de transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un matériau de diélectrique est placé entre le plan formé par le premier conducteur et le second conducteur, et le troisième conducteur. 4. Ligne de transmission selon la revendication caractérisée en ce que le signal désiré est transmis, de façon différentielle, sur le premier conducteur et le () second conducteur. 5. Ligne de transmission selon la revendication 4, caractérisée en ce que le troisième conducteur est une plaque de réflecteur pour le premier conducteur et le second conducteur. O5 6. Ligne de transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que la distance prédéterminée est égale au dixième de la longueur d'onde de la fréquence maximum. 7. Ligne de transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que la ligne de transmission est une ligne de transmission équilibrée. 8. Procédé de conception d'une ligne de transmission, caractérisé par les étapes suivantes: - la détermination d'une section droite physique désirée de la ligne de transmission comprenant la hauteur et la largeur; - la détermination d'une impédance caractéristique désirée de ligne de transmission Zod; - la détermination de la plus haute fréquence de 0 transmission sur la ligne de transmission, la plus haute fréquence ayant une certaine longueur d'onde; - le choix d'un intervalle coplanaire entre un premier conducteur et second conducteur et le choix d'une largeur du premier conducteur et du second conducteur,25 formant ainsi une impédance caractéristique coplanaire Zoc de telle façon que l'impédance caractéristique coplanaire Zoc soit supérieure à Zod; - le calcul, selon l'impédance caractéristique de ligne de transmission et l'impédance caractéristique S) coplanaire, d'une hauteur de côté transversal entre le 1l premier conducteur et le second conducteur, formant ainsi une impédance caractéristique de côté transversal Zob; - l'établissement d'une distance, entre un troisième conducteur et un plan du premier conducteur et du second conducteur, égale à la moitié de la hauteur de côté transversal; et - la rupture du troisième conducteur sur sa longueur selon une distance inférieure au quart de la longueur d'onde de la plus haute fréquence. o 9. Procédé de conception, selon la revendication 8, caractérisé, de plus, par une étape de choix, selon l'étape de choix d'un intervalle coplanaire, d'un matériau de diélectrique possédant une constante de diélectrique. 10. Procédé de conception, selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de calcul satisfait, de plus, l'équation: 1/Zod = 1/Zoc + 1/Zob.