Brevet FR2922317A1 — publié le 20090417

La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure hyperfréquence pour test à distance d'une ligne hyperfréquence. La mise au point et la maintenance de modules ou fonctions complexes utilisant des circuits hybrides ou monolithiques nécessite des tests permettant de connaître les niveaux (amplitude et phase) présents sur les lignes reliant les différents étages ainsi que le taux d'ondes stationnaires. Ce besoin est particulièrement critique en hyperfréquence car les longueurs d'onde considérées entraînent une sensibilité accrue des circuits aux dimensions. Or l'adjonction de moyens de test intégré est de moins en moins compatible avec les contraintes de coût et d'intégration imposées par la réalisation de fonctions hybrides. II est bien connu de mesurer le coefficient réflexion ou le taux d'ondes stationnaires sur une ligne hyperfréquence entre deux étages en intégrant des fonctions spécifiques. Cela consiste généralement à utiliser un coupleur directif constitué d'une ligne microruban placée sur le même substrat et à proximité de la ligne de liaison entre deux étages. Le coupleur fournit des informations sur le niveau d'énergie des ondes incidente et réfléchie sur la ligne de liaison. Cependant une telle solution présente des inconvénients notables : - un besoin de place non compatible avec les contraintes de forte intégration des nouveaux modules hyperfréquences ; - une dégradation des performances du module en raison de l'augmentation des pertes dues à la présence du coupleur ; - un surcoût résultant de l'adjonction de cette fonction de test qui 25 n'est généralement plus utile après la phase de mise au point du module ; - une bande passante de test réduite qui ne permet pas de faire de relevés des niveaux des fréquences harmoniques. Pour remédier à certains de ces inconvénients, il a été proposé des systèmes de test in situ consistant à faire des mesures à distance et de 30 manière amovible à l'aide d'une sonde hyperfréquence constituée d'un support en matériau diélectrique et de moyens de couplage hyperfréquence portés par ledit support. On place la sonde à faible distance de la ligne à tester et, par couplage avec le champ électromagnétique autour de la ligne, on obtient un signal caractérisant le niveau du champ au point considéré. Mais ceci est insuffisant pour obtenir en temps réel les informations nécessaires pour déterminer le taux d'ondes stationnaires sur la ligne hyperfréquence. Un objet de l'invention est donc un dispositif de mesure hyperfréquence exempt de ces inconvénients et permettant d'obtenir en temps réel les paramètres caractéristiques du positionnement du dispositif par rapport à la ligne à tester et du régime d'ondes stationnaires présent sur la ligne. Selon l'invention, il est donc prévu un dispositif de mesure ~o hyperfréquence pour test à distance d'une ligne hyperfréquence comprenant au moins une sonde de test in situ constituée d'un support en matériau diélectrique et de moyens de couplage hyperfréquence portés par ledit support, caractérisé en ce que, pour la mesure à distance et en temps réel de taux d'ondes stationnaires sur ladite ligne hyperfréquence, ledit dispositif 15 comporte au moins trois sondes espacées de distances prédéterminées le long de l'axe longitudinal de ladite ligne hyperfréquence pour constituer au moins trois points de mesure le long dudit axe et des moyens de calcul pour extraire les paramètres caractéristiques du positionnement du dispositif par rapport à la ligne et du régime d'ondes stationnaires présent sur la ligne, à 20 partir des signaux fournis par lesdites sondes. Un tel dispositif de mesure ne nécessite qu'une place limitée au-dessus et autour de la ligne entre les étages sous test et aucune fonction intégrée supplémentaire. De plus, les performances de la fonction hyperfréquence ne sont 25 pas dégradées, car le système de test est placé à une distance suffisante pour n'engendrer aucune perturbation sur la ligne. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où : 30 - la figure 1 est un schéma de principe d'un capteur de test à distance ; - la figure 2 est un schéma du dispositif de mesure selon l'invention ; - la figure 3 est un schéma des sondes du dispositif selon 35 l'invention ; - la figure 4 représente un capteur à boucles de courant ; - la figure 5 montre la constitution des sondes du dispositif selon l'invention ; - la figure 6 représente les sondes disposées dans le boîtier de 5 montage ; et - la figure 7 est un schéma représentant la mise en place et le montage des sondes dans le boîtier. Sur la figure 1 est représentée une ligne hyperfréquence formée d'un élément microruban 1 d'axe longitudinal zz' sur un substrat diélectrique 2 dont la face inférieure est métallisée pour réaliser un plan de masse. Une telle ligne peut véhiculer une onde électromagnétique dont le champ magnétique B tourne autour de la ligne 1. Pour détecter et analyser l'onde présente sur la ligne, on peut prélever une image du champ magnétique, ce qui est réalisable en disposant à proximité de la ligne une boucle 15 conductrice à travers laquelle passe le champ, celui-ci induisant donc un courant, image du champ, dans la boucle. Pour accroître la sensibilité du capteur, on utilise une double boucle 3, 4 dont les courants sont cumulés. Les courants collectés sont acheminés vers un appareil de mesure grâce à une ligne coplanaire dont le conducteur central amène le courant qui se 20 divise en deux dans les deux boucles avant de repartir via les conducteurs de masse. Comme la sonde doit perturber le moins possible l'environnement électromagnétique de la ligne, il est nécessaire de transporter le courant prélevé perpendiculairement au plan de la ligne et du substrat. A partir d'une 25 telle sonde, l'invention propose de réaliser le dispositif de mesure de la figure 2. On a représenté sur cette figure la ligne microruban 1 de liaison entre deux étages E1 et E2 d'un module hyperfréquence. Le dispositif de mesure comprend au moins trois sondes disposées au-dessus de la ligne 1 et espacées de distances prédéterminées z1, z2 le long de l'axe longitudinal 30 de la ligne. Chaque sonde comprend comme élément de base un capteur 10, 11, 12 tel que décrit en référence à la figure 1. Chaque capteur est suivi d'un détecteur 13, 14, 15. Les signaux détectés par ces derniers sont envoyés à des moyens de calcul 16 qui délivrent les valeurs de paramètres caractéristiques du positionnement des sondes par rapport à la ligne et des 35 ondes stationnaires présentes sur la ligne 1. Grâce aux mesures ainsi effectuées en au moins trois points, on peut résoudre un système correspondant d'équations par le calculateur 16 qui permet ainsi d'obtenir le coefficient de couplage C, le coefficient de réflexion p de l'étage suivant E2 et la position zO sur l'axe zz' d'un maximum de tension. Les capteurs doivent être positionnés à la même distance de la ligne, ceci afin d'obtenir un coefficient de couplage C identique pour les trois sondes. La distance est choisie de manière à obtenir un courant suffisant dans les capteurs mais à ne pas perturber le circuit à tester. La différence de distance à la ligne pour les différents capteurs ne doit pas être supérieure à environ 50 pm. D'autre part, les intervalles z1, z2 séparant les capteurs le long de l'axe de la ligne doivent être choisis en fonction de la gamme de longueurs d'onde du signal à mesurer. Pour pouvoir calculer les paramètres de l'onde stationnaire avec la meilleure sensibilité, il faut, de préférence, choisir des intervalles z1, z2 sensiblement égaux au huitième de la longueur d'onde centrale, dans la ligne hyperfréquence, de la gamme de fréquences de fonctionnement. Enfin, pour éviter une variation relative trop importante des couplages entre les capteurs et la ligne, il est nécessaire de positionner ces capteurs avec précision au-dessus de l'axe longitudinal zz' de la ligne. L'écart maximal de position dans la direction transversale à l'axe zz' ne doit pas dépasser 100 pm. La figure 4 représente un mode de réalisation simple d'un capteur 10. Un substrat diélectrique 106 de forme parallélépipédique comporte sur une de ses petites faces une métallisation 101, 104, 105 en forme de E. La barre centrale 105 du E constitue le conducteur commun aux deux boucles dont les autres branches sont constituées par les deux barres extérieures 101, 104. Les courants cumulés dans les deux boucles sont acheminés par une ligne coplanaire 100 gravée dans la métallisation d'une grande face du substrat. Le conducteur central 102 de la ligne coplanaire est relié à l'extrémité de la barre centrale 105 tandis que les conducteurs parallèles 103 formant plan de masse sont reliés respectivement aux extrémités des autres branches 101, 104 du E. Comme on l'a vu, l'intervalle intercapteur est par exemple de 35 quelques millimètres en bande C. Un problème important est alors le raccordement des capteurs à des connecteurs qui habituellement ont des diamètres d'environ 5 mm. Ceci oblige donc à décaler les connecteurs les uns par rapport aux autres transversalement à l'axe de la ligne 1. Pour cela, comme représenté sur la figure 3, on prévoit donc de réaliser des sondes comportant chacune un capteur 10, 11, 12 monté sur un support 30, 31, 32 assurant le maintien précis du capteur et sa connexion au connecteur correspondant 40, 41, 42 décalé. Ainsi, le support 30 décale le connecteur 40 vers la gauche de la figure et de l'axe de la ligne, le support 31 est direct et amène le connecteur 41 face au capteur 31 et le support 32 décale le connecteur 42 vers la droite de la figure et de l'axe de la ligne. La figure 5 représente un exemple de réalisation de trois sondes montrées séparées. Chaque sonde comprend un capteur 10, 11, 12 et un support, en alumine par exemple, 30, 31, 32. Le support 30 a un angle coupé 303. Il comporte une métallisation 302 dans laquelle on a réalisé par gravure une ligne coplanaire 300 permettant de décaler la sortie vers le connecteur par rapport au point de fixation du capteur 10 sur la tranche du support. Le conducteur central 301 de la ligne coplanaire sur le support est raccordé au conducteur central de la ligne coplanaire du capteur 10. Le support 31 est droit. Il comporte une métallisation 312 et une ligne coplanaire 310 rectiligne avec un conducteur central 311 qui relie au capteur 11 un connecteur situé en face. Enfin le support 32 comporte une métallisation 322 dans laquelle est réalisée une ligne coplanaire 320 avec son conducteur central 321 qui permet de décaler dans l'autre sens la sortie vers le connecteur correspondant par rapport au point de fixation du capteur 12 sur le support. Pour assurer un positionnement précis des sondes entre elles et de l'ensemble par rapport à la ligne à tester, il est nécessaire de prévoir des moyens de montage qui consistent essentiellement en un boîtier 5 représenté sur la figure 6. Ce boîtier comporte, sur un fond 51, des gradins 53, 55 dont l'épaisseur détermine l'intervalle entre sondes le long de l'axe longitudinal zz' qui est aussi l'axe d'alignement des capteurs. Sur la figure seul le capteur 10 a été représenté pour la clarté du dessin. La face interne du fond 51 et les faces correspondantes (vers le haut sur la figure) des gradins 53 et 55 servent de face d'appui pour les supports 30, 31, 32 respectivement. D'autre part, les rebords des gradins et les parois 50 et 52 permettent le calage des supports entre eux selon l'axe transversal à la ligne. Le gradin 53 comporte un pan oblique 54 sur lequel vient prendre appui l'angle coupé 303 du support 30. Ceci améliore la précision du calage du support 30 et permet d'autre part de prolonger le gradin 53 de manière à assurer un appui satisfaisant au support 31. La précision sur le positionnement en hauteur des capteurs, c'est-à-dire le positionnement en distance par rapport à la ligne à tester est obtenu lors de l'assemblage des sondes dans le boîtier, comme représenté sur la figure 7. On y voit qu'on peut utiliser une butée 60 de positionnement des capteurs qui permet de compenser les tolérances dLl sur les longueurs de substrat L1 et dL2 sur les longueurs de capteur L2, ainsi que le jeu E entre substrat et capteur, grâce au jeu s1 entre supports et boîtier. Grâce à ces caractéristiques, on obtient des erreurs de positionnement tout à fait compatibles avec les précisions recherchées et n'engendrant que de très faibles variations de couplage. Dans un exemple de réalisation, on a mesuré les erreurs suivantes : - distance au-dessus de la ligne : 5 pm entre les capteurs 10 et 11 pm entre les capteurs 11 et 12 - intervalle entre capteurs le long de l'axe de la ligne : 25 pm environ entre les trois capteurs. Ainsi, l'invention permet de réaliser un dispositif de mesure fiable 25 et précis, peu encombrant, ne nécessitant aucune adjonction d'éléments supplémentaires sur les modules à tester et ne provoquant aucune perturbation dans leur fonctionnement tout en permettant des mesures en temps réel. Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement 30 limitatif de l'invention, notamment en ce qui concerne le nombre de sondes utilisées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure hyperfréquence pour test à distance d'une ligne hyperfréquence comprenant au moins une sonde de test in situ- constituée d'un support en matériau diélectrique et de moyens de couplage hyperfréquence portés par ledit support, caractérisé en ce que, pour la mesure à distance et en temps réel de taux d'ondes stationnaires sur ladite ligne hyperfréquence (1), ledit dispositif comporte au moins trois sondes (10, 11, 12, 30, 31, 32) espacées de distances prédéterminées (z1, z2) le long de l'axe longitudinal (zz') de ladite ligne hyperfréquence (1) pour constituer au moins trois points de mesure le long dudit axe et des moyens de calcul (16) pour extraire les paramètres (C, z0, p) caractéristiques du positionnement du dispositif par rapport à la ligne (1) et du régime d'ondes stationnaires présent sur la ligne (1), à partir des signaux fournis par lesdites sondes. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites distances prédéterminées (z1, z2) sont toutes de l'ordre du huitième de la longueur d'onde de fonctionnement dans la ligne hyperfréquence. 3. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites sondes comprennent chacune un capteur (10, 11, 12), formé d'une double boucle conductrice (101, 104, 105) disposée sur un substrat dans un plan parallèle à la ligne (1) et d'une ligne coplanaire (100 ; 102, 103) pour véhiculer les courants induits dans les boucles, ladite ligne coplanaire étant disposée sur ledit substrat dans un plan perpendiculaire à celui des boucles, et un support de capteur (30, 31, 32), et en ce que ledit dispositif comprend en outre des moyens de montage (5) des sondes pour assurer un positionnement précis de celles-ci. 4. Dispositif de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque capteur comprend un substrat diélectrique (106) de forme parallélépipédique dont une des petites faces porte un conducteur en forme de E dont la barre centrale (105) constitue un conducteur commun aux deux boucles tandis que les autres branches des boucles sont constituées par les deux barres extérieures (101, 104), la ligne coplanaire (100) étant formée de métallisations parallèles (102, 103) sur une grande face du substrat demanière que la métallisation centrale (102) soit raccordée à l'extrémité de la branche centrale du E (105) alors que les métallisations extérieures de masse (103) sont raccordées respectivement aux extrémités des autres branches (101, 104). 5. Dispositif de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits capteurs (10, 11, 12) sont montés sur des supports (30, 31, 32) assurant un maintien précis des capteurs et un décalage, par rapport à l'axe d'alignement des capteurs, des sorties par connecteur (40, 41, 42) vers les moyens de calcul. 6. Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque support est constitué par une plaque diélectrique dont une face porte une métallisation (302, 312, 322) dans laquelle est gravée une ligne coplanaire (300, 310, 320) raccordée à la ligne coplanaire du capteur correspondant fixé sur la tranche du support. 15 7. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de montage sont constitués par un boîtier (5) dont le fond (51) comprend des gradins (53, 55) d'épaisseur prédéterminée ayant une face libre qui sert de face d'appui pour chacun des supports (30, 31, 32), l'épaisseur des gradins étant telle que les capteurs 20 fixés aux supports sont maintenus auxdites distances prédéterminées (z1, z2), et en ce que ledit boîtier (5) comporte des parois (50, 52) servant de butées pour les supports (30, 31, 32) de manière à les positionner précisément dans les directions transversales à l'axe d'alignement des capteurs. 25 8. Dispositif de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins un gradin (53) dudit boîtier (5) comprend un pan oblique (54) par rapport aux parois (50, 52) du boîtier, au moins un des supports (30) comportant une découpe de forme correspondante. 9. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 30 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (16) sont prévus pour calculer la valeur des amplitude et phase du taux d'ondes stationnaires présentes sur ladite ligne hyperfréquence (1), la position (zO) du maximum de puissance le long de la ligne et la valeur du couplage (C) entre les sondes et la ligne hyperfréquence.