Brevet FR2821993A1 — publié le 20020913

L'invention concerne la protection contre la foudre des émetteurs dans un système de transmission. La fonction de protection contre ia foudre nécessite un filtre passe haut car c'est un signal basse fréquences. La figure 1 montre un système lo anti-foudre en éléments localisés. Il comporte deux selfs 11 et 12 chacune reliée à la masse. La première self 11 est reliée directement à l'antenne d'émission 10. Elle permet d'atténuer les basses fréquences. Un condensateur 13 est placée entre ces deux selfs 11 et 12. Le condensateur 13 permet de filtrer les hautes fréquences. La deuxième self 12 est facultative. Elle permet d'améliorer l'atténuation présentée. De tels circuits anti-foudre sont réalisés en composants linéaires et discrets. Cependant, ils sont très encombrants et nécessitent une réalisation plus compliquée. La présente invention permet d'obtenir un circuit gravé comportant une telle fonction de protection contre la foudre réduisant ainsi l'encombrement, de réalisation plus facile et moins chère (en raison, entre autre, du fait qu'il n'y ait pas de composants). L'invention a pour objet un circuit gravé avec protection contre la foudre comportant au moins une ligne principale reliée à un connecteur adapté pour la sortie de l'antenne d'émission d'un système de transmission à fréquence fixe fO ou dans une bande de fréquence étroite AfO comportant un condensateur et caractérisé en ce qu'il comporte au moins une première ligne d'une longueur l de largeur constante ou non, reliée audit connecteur et terminée par un court-circuit formant un circuit ouvert ramené sur la ligne principale. Le circuit proposé par l'invention permet de réaliser en outre le filtrage de la seconde harmonique. Un autre objet de l'invention est le procédé de fabrication d'un circuit gravé avec protection contre la foudre selon l'une des revendications 1 à 7 comportant la gravure des lignes et du condensateur dudit circuit gravé sur la base dudit circuit, le dépôt d'une pell.icule de matériau conducteur et, le cas échéant, le raclage de l'excès de matériau conducteur afin de ne conserver que le matériau conducteur qui s'est déposé dans la gravure. L'invention propose en outre l'application du circuit gravé avec protection contre la foudre selon l'une des revendications précédentes 1 à 7 au filtrage de la deuxième harmonique 2fo et de la troisième harmonique 3fO. Les caractéristiques et avantages de l' invention appara^'tront pl us clairement à la lecture de la description, faite à titre d'exemple, et des figures o s'y rapportant qui représentent: - Figure 1, un circuit de protection contre la foudre en éléments localisés selon l'état de l'art, - Figure 2, la fonction de protection contre la foudre sur un circuit gravé selon l'invention, - Figure 3, un circuit de filtrage d'harmoniques en éléments localisés selon l'état de l'art, - Figure 4, la fonction de filtrage des harmoniques sur un circuit gravé selon l'état de l'art, - Figure 5, la fonction commune de protection contre ia foudre et de filtrage des harmoniques 2fo et 3fO selon linvention, - Figure 6a et 6b, courbe représentant le filtrage des harmoniques grâce au filtre de la figure 5, la figure 6b correspondant au filtre optimisé. Si le circuit de protection contre la foudre en éléments localisés est traduit en constantes réparties, les selfs 11 et 12 sont remplacées par des lignes 21 et 22 gravées d'un quart de longueur d'onde à la fréquence fO utilisée terminées par un court-circuit (circuit ouvert ramené sur la ligne principale). Pour 1 OOOV injectés dans un tel circuit avec des selfs de 22nH et un condensateur de 47pF, il ne reste que 50 V en sortie. Une ligne quart d'onde à la fréquence utilisée fO court-circuitée à une extrémité ramène à son autre extrémité un circuit ouvert pour cette même fréquence. A la deuxième harmonique 2fo, cette même ligne ramène donc un court-circuit. La protection contre la foudre sur circuit gravé dans le schéma proposé à la figure 2 représente donc un excellent réjecteur à 2fO (c'est à dire un filtre stoppant la dite fréquence 2fO). La première ligne 21 permet donc de filtrer les basses fréquences du signal de foudre et de réjecter la deuxième harmonique. La deuxième iigne 22 est facultative. Elle permet d'améliorer l'atténuation présentée. Jusqu'ici, les fonctions de protection contre la foudre et de filtrage des harmoniques étaient réalisées séparément par deux circuits. Le circuit en éléments localisés de la figure 1 permettait de protéger contre la foudre. La lO fonction de filtrage des harmoniques était réalisée soit par un circuit en éléments localisés tel que celui représenté sur la figure 3 ou un circuit gravé tel que celui de la figure 4. Le filtrage des harmoniques est un filtrage de type passe-bas. Les circuits des figures 3 et 4 permettent la réjection de la deuxième harmonique 3fO et de la troisième harmonique 3fO. Le schéma en éléments localisés de la figure 3 comporte 3 condensateurs 31, 33 et 35 en parallèle reliés à la masse en l'une de leurs extrémités et 2 selfs 32 et 34, une self entre chacune des deux condensateurs. Des selfs 37, 38, 39 peuvent éventuellement être placées en série avec les condensateurs 31, 33, 35. Elles sont situées entre les condensateurs et le circuit formé par les deux selfs 32 et 34 comme indiqué sur la figure 3 Traduit en constantes réparties, on obtient le schéma de la figure 4. Les selfs sont remplacés par des lignes gravées de fortes impédances (iargeur inférieure à une ligne 50 Ohms) et les condensateurs par des plages de cuivre. La séparation des deux fonctions de protection contre la foudre et de filtrage des harmoniques pose divers problèmes. Tout d'abord, les circuits les plus couramment utilisés sont les circuits à éléments localisés des figures 1 et 3 sont encombrants. Les circuits à constantes réparties prennent eux aussi beaucoup de place car les condensateurs représentent des rectangles gravés de l'ordre de 1cm2 sur substrat de permittivité forte (10) et les lignes quart d'onde représentent des longueurs de 2 à 3 cm. Ces dimensions sont données à titre d'exemple pour des fréquences de l'ordre du GHz. Ces dimensions ne sont pas négligeables en particulier dans des applications embarquées. Ensuite, la mise en série de ces deux fonctions sur un circuit gravé peuvent induire des dégradations de performances par désadaptation mutuelle des deux circuits par rapport aux résultats escomptés des deux fonctions séparées. De plus, le placement optimum de ces deux fonctions est impossible. En effet, aussi bien la fonction de protection contre la foudre que celle de filtrages des harmoniques devrait être la première trouvée après le connecteur d'antenne. Il s'agit du placement évident pour la protection contre la foudre qui doit protéger l'ensemble du circuit d'émission. Mais, le filtrage des harmoniques doit lui aussi être le plus en aval possible de l'émission car il existe un risque de création d'harmoniques, en particulier des harmoniques 2fo et 3fO, par les circuits de commutation d'antenne ou par couplage. Le circuit de protection contre la foudre selon l'invention présenté sur la figure 2 permettait déjà le filtrage de la deuxième harmonique 2fo en utilisant un circuit unique permettant de palier à ces inconvénients. La présence d'une seconde ligne dans le schéma de protection contre la foudre de la figure 2 est une opportunité à réjecter aussi la troisième harmonique. Comme le montre la figure 5, les longueurs seront alors optimisées et une topologie d'adaptation sera alors simulée pour garantir une réjection optimum aux deux harmoniques ainsi que de faible perte à la fréquence fondamentale fO. Cette optimisation peut être obtenue à l'aide d'outil de simulation de circuits gravés tels que l'ADS d'AGILENT technology par exemple. Sur la figure 5, le circuit optimisé pour la protection contre la foudre et le filtrage des deuxièmes et troisièmes harmoniques comporte deux lignes 51 et 52 de longueur respectives l, et 12 déterminée lors de la simulation terminée par un court-circuit. Ces lignes 51 et 52 comportent des bras de réactance (ou stub en anglo-saxon) ouverts 54 et 55. La première ligne est reliée au connecteur de sortie de l'antenne. Un condensateur 53 réalise le filtrage passe haut de la protection contre la foudre. Elle est placée entre les deux lignes sur la ligne principale. La figure 6 montre les premières mesures du filtrage des harmoniques sur les figures 6a et 6b. L'onde de foudre injectée est de 1000V. Elle est atténuée aux environs de 50 V. La figures 6a correspond aux premières mesures avec un circuit du type de celui de la figure 5. Elle montre une atténuation minimum de 30 dB aux deux fréquences. La figure 6b correspond aux mesures obtenues après optimisation de ce circuit. L'optimisation permet d'obtenir des valeurs de 40 dB pour 2fo et 50 dB pour 3fO. Le circuit de la figure 5 est un exemple de réalisation d'un circuit comportant une fonction commune de protection contre la foudre et de filtrage des harmoniques. De manière plus générale, il peut étre envisagé d'optimiser ce circuit avec les mêmes outils de simulation pour la réjection des n premières harmoniques (n entier 3). Pour cela, le circuit peut comporter une ou plusieurs lignes terminées par un court-circuit de longueurs à déterminer identiques ou différentes, de largeurs à déterminer constantes ou non et identiques ou différentes, comportant ou non un ou plusieurs bras de réactance (ou stub en anglo-saxon) dont la taille est à déterminer. L'avantage d'un tel circuit est donc le gain de surface car les deux fonctions de protection contre la foudre et de filtrage des harmoniques est réalisé en un seul circuit. De plus, il ne nécessite pas de grande surface de gravure comme le circuit de filtrage des harmoniques de la figure 4. En effet, il n'utilise que des lignes qui peuvent étre "enroulées" ou repliées. Un autre avantage de ce type de circuit est la possibilité d'en optimiser les performances et sa reproductibilité. En effet, il permet une adaptation unique et ma^'trisée. Et, les deux fonctions sont la première fonction vue de l'antenne. Ce dispositif peut s'appliquer à tout domaine nécessitant l'une et/ou I'autre des deux fonctions. En particulier les émetteurs tous systèmes de communication, de diffusion ou d'identification tel que IFF, TACAN, DME peuvent utiliser un tel circuit. Lorsqu'il s'agit d'émission non plus sur une fréquence fixe mais dans une bande de fréquence, il faudra vérifier les performances accessibles dans cette bande. REVENDICATIONS 1. Circuit gravé avec protection contre la foudre comportant au moins une ligne principale reliée à un connecteur adapté pour la sortie de l'antenne d'émission d'un système de transmission à fréquence fixe f0 ou dans une bande de fréquence étroite Af0 comportant un condensateur et caractérisé en ce qu'il comporte au moins une première ligne d'une iongueur l, de largeur constante ou non, reliée audit connecteur et terminée par un court-circuit formant un circuit ouvert ramené sur la ligne principale. 2. Circuit gravé avec protection contre la foudre selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième ligne de longueur 12 de largeur constante ou non, reliée à la sortie du condensateur et temlinée par un court-circuit formant un circuit ouvert ramené sur la ligne principale. 3. Circuit gravé avec protection contre la foudre selon la revendication précédente caractérisé en ce que les largeurs des première et deuxième lignes sont différentes. 4. Circuit gravé avec protection contre la foudre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première ligne comporte au moins un premier bras de réactance (ou stub en anglo-saxon) ouvert. 5. Circuit gravé avec protection contre la foudre selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que la deuxième ligne comporte au moins un deuxième bras de réactance (ou stub en anglo-saxon) ouvert. 6. Circuit gravé avec protection contre la foudre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la longueur l, de la première ligne etJou la longueur i2 de la deuxième ligne est un quart de la longueur d'onde de la fréquence utilisée f0. 7. Circuit gravé avec protection contre la foudre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la largeur et/ou de la longueur de la première ligne et/ou de la deuxième ligne et/ou du premier bras de réactance (ou stub en anglo-saxon) et/ou du deuxième bras de réactance (ou stub en anglo-saxon) sont déterminées en fonction de la ou des harmoniques nfO (n entier 2 2) à filtrer. 8. Procédé de fabrication d'un circuit gravé avec protection contre la foudre selon l'une des revendications 1 à 7 comportant la gravure des lignes et du condensateur dudit circuit gravé sur la base dudit circuit, le dépôt d'une l pellicule de matériau conducteur et, ie cas échéant, le raclage de l'excès de matériau conducteur afin de ne conserver que le matériau conducteur qui s'est déposé dans la gravure. 9. Application du circuit gravé avec protection contre la foudre selon l'une des revendications précédentes 1 à 7 au filtrage de la deuxième harmonique 2fo et de la troisième harmonique 3fO. 10.Application du procédé de fabrication d'un circuit gravé avec protection contre la foudre selon la revendication 8 à la fabrication d'un circuit gravé avec fonction commune de protection contre la foudre et de filtrage d'une ou