Brevet FR2756661A1 — publié le 19980605

La présente invention concerne les transformateurs symétriquesdissymétriques employés, en particulier, en radiofréquences. Ces transformateurs permettent, à partir d'un signal unique, de fournir deux signaux de même amplitude déphasée de 1800 ou, à partir de deux signaux symétriques de même amplitude et déphasés de 1800 d'obtenir un signal d'amplitude double. II est connu de réaliser un tel transformateur à l'aide d'un câble coaxial de longueur égale au quart de la longueur d'onde de travail. A l'une de ses extrémités ce câble a son conducteur extérieur relié à la masse et son conducteur intérieur qui constitue l'accès dissytrique du transformateur à l'autre de ses extrémités les conducteurs intérieur et extérieur constituent les deux accès symétriques du transformateur. Pour des raisons d'encombrement le câble coaxial est généralement plaqué sur l'un des côtés d'un circuit imprimé dont l'autre côté porte un plan de masse ; la proximité de ce plan de masse perturbe le comportement du conducteur extérieur du câble. Pour compenser cette perturbation, il est connu d'apporter la même perturbation sur le conducteur intérieur par un conducteur annexe dont la description sera donnée plus loin. De tels transformateurs, avec ou sans conducteur annexe, sont coûteux : prix du câble, coût de la préparation, de la mise en place sur le circuit imprimé et de la brasure du câble. Le but de la présente invention est de proposer un transformateur symétrique - dissymétrique moins coûteux. Ceci a été obtenu après une recherche de faisabilité, entièrement en circuit imprimé, de ces transformateurs, c'est-à-dire après une recherche du circuit imprimé susceptible de présenter le même comportement en radiofréquence que le câble coaxial. Selon l'invention il est proposé à cet effet un transformateur symétrique-dissymétrique pour radiofréquences, caractérisé en ce qu'il comporte un plan de masse, un substrat de circuit imprimé avec une première et une seconde face, le substrat étant disposé d'un côté du plan de masse, une première et une seconde piste conductrice disposées en regard, respectivement sur la première et la seconde face, avec chacune une première et une seconde extrémité, les deux premières extrémités et les deux secondes extrémités étant respectivement en regard, un premier bras de réactance disposé sur la première face avec une première extrémité connectée à la première piste au voisinage de la première extrémité de cette piste et une seconde extrémité connectée au plan de masse et un deuxième bras de réactance disposé sur la seconde face avec une extrémité connectée à la seconde piste au voisinage de la première extrémité de cette piste, en ce que la seconde extrémité de la seconde piste est couplée au plan de masse et en ce que la première extrémité de la première piste constitue une entrée dissymétrique tandis que les secondes extrémités des pistes constituent des entrées symétriques. Selon diverses mises en oeuvre de l'invention - le transformateur est caractérisé en ce que le plan de masse comporte deux parties contiguës: une plaque disposée sur la seconde face et entourant un espace contenant la seconde piste et le deuxième bras de réactance et un capot qui couvre la seconde piste et le deuxième bras de réactance. - le transformateur est caractérisé en ce qu'il comporte un radiateur en ce que ce radiateur est en appui contre la plaque et comporte une cavité avec une ouverture tournée vers le circuit imprimé, cette cavité constituant le capot. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparastront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: - la figure 1, un schéma d'un transformateur selon l'art connu, - la figure 2, un schéma qui permet de comprendre comment, à partir de l'art connu, aboutir à l'invention, - la figure 3, le schéma d'un transformateur selon l'invention - les figures 4a, 4b,4c, différentes vues d'une même réalisation d'un transformateur selon l'invention. Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères. La figure 1 représente schématiquement un transformateur symétrique - dissymétrique selon l'art connu. Ce transformateur est réalisé à l'aide d'un tronçon de câble coaxial, 2, de longueur égale au quart de la longueur d'onde moyenne de travail désirée. A sa première extrémité le câble 2 a son conducteur extérieur 22 relié à un plan de masse, M, et son conducteur intérieur 21 qui constitue l'accès dissymétrique EO du transformateur. A sa seconde extrémité le câble 2 a ses conducteurs intérieur 21 et extérieur 22 qui constituent respectivement les deux accès symétriques, El et E2, du transformateur. Si Zo représente l'impédance caractéristique du câble 2, son impédance d'accès dissymétrique c'est-àdire entre l'accès EO et la masse M est égale à Zo et ses impédances d'accès symétriques, c'est-à-dire entre l'accès El et la masse M et entre l'accès E2 et la masse M, sont toutes deux égales à Zo/2. Pour des raisons d'encombrements le câble 2 est généralement plaqué sur l'une des faces d'un circuit imprimé dont l'autre face comporte le plan de masse ; le câble étant très proche du plan de masse le comportement du conducteur extérieur, et donc du transformateur, est perturbé ; comme il a été vu plus avant, il est possible de compenser cette perturbation en amenant une perturbation équivalente sur le conducteur intérieur 21 par un conducteur annexe, non représenté , équivalent au conducteur extérieur et placé sensiblement parallèlement à ce dernier ; ce conducteur annexe a son extrémité proche de l'accès EO reliée à la masse M et son autre extrémité reliée à l'accès El. Avec ou sans la compensation le transformateur est cher à réaliser. La figure 2, qui est faite de deux vues en coupe, montre quelle analogie peut être considérée entre d'une part un câble coaxial, 2, proche d'un plan de masse, M, et d'autre part un circuit imprimé, 1, proche d'un plan de masse M. Le câble coaxial est représenté sur la gauche de la figure 2 avec son conducteur intérieur 21, son conducteur extérieur 22 et son isolant inter-conducteur 20. En coupant le câble 2 selon un demi-plan limité à son axe longitudinal non représenté, puis en développant latéralement le câble ainsi coupé, il est possible, moyennant quelques légères déformations, d'aboutir au circuit imprimé double face,l, représenté sur la droite de la figure 2, avec un substrat isolant 10, une piste supérieure il et une piste inférieure 12. L'analogie ainsi représentée sur la figure 2 entre câble coaxial et circuit imprimé double face, est mise à profit, dans le schéma selon la figure 3, pour passer d'un transformateur à câble coaxial selon la figure 1 à un transformateur équivalent mais réalisé en circuit imprimé. Ce transformateur en circuit imprimé est représenté dans une vue en perspective; il comporte, outre deux substrats plans, parallèles, non représentés, trois couches : une couche inférieure constituée par un plan de masse, M, plaqué sous le substrat inférieur, une couche intermédiaire enfermée entre les deux substrats, avec une ligne inférieure 12, et une couche supérieure plaquée sur le substrat supérieure, avec une ligne supérieure 11. Les lignes 11 et 12 sont parallèles et sensiblement de mêmes longueurs. La première extrémité de la ligne 11 constitue l'accès dissymétrique EO du transformateur ; la première extrémité de la ligne inférieure 12 est en regard de la première extrémité de la ligne Il et est réunie, par un conducteur, 12C, au plan de masse M. Les secondes extrémités des lignes il et 12 sont situées en regard l'une de l'autre et constituent respectivement les deux accès symétriques El, E2 du transformateur. La couche inférieure comporte également une piste Ils qui constitue un bras de réactance, aussi appelé stub d'après sa désignation dans la littérature anglo-saxonne; ce stub, dont une extrémité est reliée à la ligne Il au voisinage de l'accès El, est relié, à son autre extrémité, au plan de masse, M, par un conducteur lic. De même la couche intermédiaire comporte un stub 12s constitué par une piste et ce stub, dont une extrémité est en l'air, est connecté à la ligne 12 au voisinage de l'accès E2. Le rôle des stubs 11s, 12s est de permettre l'équilibrage des signaux des lignes 11 et 12. Un condensateur C destiné à améliorer l'adaptation et l'équilibrage des deux voies symétriques du transformateur est connecté entre les accès El, E2. Une réalisation d'un transformateur selon l'invention est représentée sur les figures 4a, 4b,4c. Cette réalisation, contrairement à la représentation schématique selon la figure 3, n'a nécessité qu'un circuit imprimé à deux couches. Pour cela, comme il apparaîtra sur la figure 4b, le plan de masse M recouvre la face inférieure du circuit imprimé en laissant une surface libre où se trouve, en particulier , la ligne 12 ; une sorte de capot, dont il sera question à l'occasion de la description de la figure 4c, complète le plan de masse. La réalisation selon les figures 4a, 4b, 4c diffère également du schéma selon la figure 3 par le fait que les conducteurs Il c, 1 2c sont remplacés par des liaisons capacitives avec le plan de masse; cette différence a été nécessitée par une utilisation spécifique du transformateur. La figure 4a est une vue de la couche supérieure du circuit imprimé . La figure 4b représente la couche inférieure du circuit imprimé comme si elle était vue par transparence depuis la couche supérieure. Et la figure 4c est une vue du transformateur selon un plan de coupe dont les traces XX et YY sont indiquées respectivement sur les figures 4a et 4b; sur cette vue en coupe les proportions n'ont pas été respectées quant à l'épaisseur des dépôts faits sur un substrat de circuit imprimé, afin de rendre le dessin plus compréhensible. Des accès EO, E1,E2 apparaissent sur la figure 4a. L'accès EO est relié à l'accès El par une ligne 1 1 qui, pour une question de réduction d'encombrement, n'est pas rectiligne comme sur la figure 3, mais sinueuse. Un stub ils part de la ligne 11, au voisinage de l'accès El et se termine sur une plaque île percée de trous, une autre plaque 1 1 f, également percée de trous, est symétrique de la plaque île par rapport à l'accès EO. Des plaques DO,Dl constituent des sortes d'excroissances au niveau respectivement des accès EO et El. L'accès E2 apparaît également sur la ligne 4b ; un trou métailisé assure la liaison entre les parties de l'accès E2 portées respectivement par les faces supérieures et inférieures du circuit imprimé. La figure 4b montre une ligne 12 qui part de l'accès E2 et qui, par un trajet sinueux semblable à celui de la ligne 11, aboutit à une plaque 129 percée de trous; cette plaque 129 constitue une pseudo-masse qui se trouve sous les plaques île, 11f selon la figure 4a, et est reliée à ces plaques par des trous métallisés. L'ensemble de ces trois plaques ainsi réunies constitue la première armature d'une liaison capacitive du stub 11s et de la ligne 12 avec un plan de masse dont la constitution va être décrite plus loin. Un stub 12s part de la ligne 12, au voisinage de l'accès E2. La figure 4b montre également une première partie, Ml, d'un plan de masse, M, dont la seconde partie apparaîtra sur la figure 4c. Cette partie M1 couvre la face inférieure du circuit imprimé à l'exception d'une surface dite libre qui contient les éléments 12, 12s et 129. II est à noter, sur les figures 4a, 4b, que la piste 12 est plus large que la piste 11 de manière, en particulier, à former écran par rapport au plan de masse pour la piste 11. Quant au rôles des plaques DO et D1 selon la figure 4a, la plaque DO forme la première armature d'une liaison capacitive d'un peu moins de 1 pF entre l'accès EO et le plan de masse, et la plaque D1 forme, avec la masse, une autre liaison capacitive d'un pan moins de 1 pF, destinée à participer à l'équilibrage de la répartition du signal entre les deux voies symétriques du transformateur. Dans le plan de coupe selon la figure 4c apparaissent successivement, de la gauche vers la droite: - la couche supérieure du circuit imprimé avec la piste 11 et la plaque 1 1 f, - un substrat isolant 10, - la couche inférieure avec la piste 12, la plaque 129 et la partie M1 du plan de masse, - un radiateur, R, dont une face qui, en fait, vient en appui sur la couche inférieure du circuit imprimé a été représenté légèrement écartée de cette couche pour permettre de mieux distinguer entre le circuit imprimé et son radiateur. Le radiateur R ne vient en contact avec la couche inférieure du circuit imprimé que la où se trouve la partie Ml du plan de masse; en effet une cavité T est percée dans le radiateur à l'aplomb de la surface dite libre qui, comme il a été vu sur la figure 4b est entourée par la partie M1 du plan de masse et contient tous ceux des autres éléments du transformateur qui sont portés par la couche inférieure du circuit imprimé. La paroi Mc de la cavité T constitue la seconde partie du plan de masse M. Le transformateur qui vient d'être décrit à l'aide des figures 4a, 4b, 4c est complété par un condensateur de 3 pF, branché entre les bornes El et E2 comme le condensateur C selon la figure 3. Ce transformateur qui, avec son radiateur, mesure 70 x 41 x 16 mm, a été conçu pour travailler entre 450 et 900 MHz et présente une impédance de 50 ohms sur son accès dissymétrique et une impédance de 2 fois 25 ohms sur ses accès symétriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits respectivement avec la figure 3 et les figures 4a, 4b, 4c. C'est ainsi, en particulier que, en l'absence de radiateur, la seconde partie du plan de masse, dans le cas de la figure 4c, peut être constituée pour un simple capot dont la paroi interne corresponde à la paroi interne Mc du trou T. De même le circuit imprimé peut, par exemple, comporter, en plus d'un transformateur symétrique-dissymétrique, des éléments du circuit électronique dont fait partie ledit transformateur. REVENDICATIONS 1. Transformateur symétrique-dissymétrique pour radiofréquences, caractérisé en ce qu'il comporte un plan de masse (M), un substrat de circuit imprimé (10) avec une première et une seconde face, le substrat étant disposé d'un côté du plan de masse, une première (11) et une seconde (12) piste conductrice disposées en regard, respectivement sur la première et la seconde face, avec chacune une première et une seconde extrémité, les deux premières extrémités et les deux secondes extrémités étant respectivement en regard, un premier bras de réactance (lits) disposé sur la première face avec une première extrémité connectée à la première piste au voisinage de la première extrémité de cette piste et une seconde extrémité connectée au plan de masse et un deuxième bras de réactance (12s) disposé sur la seconde face avec une extrémité connectée à la seconde piste au voisinage de la première extrémité de cette piste, en ce que la seconde extrémité de la seconde piste est couplée au plan de masse et en ce que la première extrémité de la première piste constitue une entrée dissymétrique (EO) tandis que les secondes extrémités des pistes constituent des entrées symétriques (El, E2). 2. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan de masse (M) comporte deux parties contiguës (M1, Mc) : une plaque (Ml) disposée sur la seconde face et entourant un espace contenant la seconde piste et le deuxième bras de réactance et un capot (Mc) qui couvre la seconde piste et le deuxième bras de réactance. 3. Transformateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un radiateur (R), en ce que ce radiateur est en appui contre la plaque et comporte une cavité (T) avec une ouverture tournée vers le circuit imprimé, cette cavité constituant le capot.