Brevet FR2999813A1 — publié le 20140620

STRUCTURES DE FILTRAGE HYPERFREQUENCE Domaine de l'invention La présente invention concerne une structure de filtrage hyperfréquence. Plus particulièrement l'invention se situe dans le cadre de structures triplaques. Etat de la technique et problèmes techniques rencontrés Dans l'état de la technique, il existe des structures dites triplaques (ou striplines en anglais). On entend par structure triplaque une forme de support électromagnétique de transmission qui utilise une bande métallique plate disposée entre deux isolants électriques, encore appelés diélectriques, étant métallisées sur leur surface extérieure. Ces structures triplaques présentent par rapport à des structures microrubans (ou microstrips en anglais) de nombreux avantages. On entend par structure dite de microruban un type de ligne de transmission électrique qui peut être fabriquée en utilisant le process de fabrication standard de cartes électroniques, et qui est employé dans les techniques hyperfréquences. Cette structure microruban se compose d'une bande de conduction séparée d'un plan de masse par une couche diélectrique. L'avantage de la structure triplaque par rapport à une structure microruban est d'une part que la propagation s'effectue en mode Transverse Electro Magnétique (TEM) . D'autre part, la structure triplaque possède son propre blindage électromagnétique et de ce fait ne rayonne pas. En outre, une telle structure triplaque est apte à être isolée et testée séparément, puis être intégrée aussi facilement qu'un composant CMS sur une carte de circuit imprimé hyperfréquence. Enfin, pour un même matériau diélectrique autrement dit qui dispose de la même permittivité de substrat, les structures triplaques sont de dimensions inférieures pour une fonction équivalente à celles des structures microstrips. Toutefois, le principal inconvénient des structures triplaques est que les pertes de transmission dans le diélectrique sont supérieures à celles présentées par la structure équivalente en technologie microstrip. Cependant, les progrès aujourd'hui réalisés sur les substrats diélectriques pour hyperfréquence minimisent l'impact de cet inconvénient. De ce fait, les structures triplaques sont donc idéales pour la réalisation de circuits passifs hyperfréquences tels que les coupleurs et les filtres. Dans l'exemple de la figure 1, est illustré un dispositif de filtrage passe-bande qui est largement utilisé en hyperfréquence. Il utilise les propriétés de couplage entre les lignes de transmission pour réaliser une suite de résonateurs couplés aux résonateurs adjacents. Le mode de calcul de ce dispositif est bien connu. Il fait appel à diverses approximations qui se révèlent suffisamment précises dans la pratique. La réalisation d'un tel filtre fait apparaitre une distorsion dans la réponse en fréquence 1S21(f)I. Cette distorsion, est généralement : - attribuée aux imprécisions de gravure d'un circuit imprimé, ou - attribuée à la combinaison des imperfections des transitions microstrip/stripline et stripline/microstrip, ou - masquée par les pertes dans la bande passante si celle-ci est étroite, OU si le substrat diélectrique présente un facteur de qualité Q trop faible. Cette distorsion apparait également en dehors de la bande passante sous la forme de réponses parasites, en particulier aux fréquences supérieures à la fréquence centrale du filtre, telle que la bande atténuée haute. La synthèse du filtre passe-bande peut-être vérifiée à l'aide d'un 20 simulateur électromagnétique. Il est constaté au moyen du simulateur électromagnétique que la distorsion observée et les réponses parasites sont dues à l'établissement d'un mode de propagation guidé de type TE10. Exposé de l'invention La présente invention vise à résoudre l'ensemble des inconvénients de 25 l'état de la technique. Pour cela l'invention propose une nouvelle structure de filtre intégrable dont la réponse en fréquence est exempte de distorsion et de réponse parasite sur une large bande de fréquence améliorant ainsi notablement les performances de filtrage. L'invention a donc pour objet une structure de filtrage hyperfréquence 30 caractérisée en ce qu'elle comporte : - deux couches de diélectriques séparées par une couche conductrice, la couche conductrice étant gravée au motif d'un filtre, - les faces extérieures supérieures et inférieures de l'empilage des deux couches, diélectriques étant recouvertes sur la plus grande partie de leur surface par un plan conducteur constituant des plans de masse de la structure, - lesdits plans de masse étant reliés entre eux par une métallisation de la périphérie de la structure, excepté aux abords des accès hyperfréquences, - deux dispositifs, identiques, dont un dispositif de transition d'entrée et un dispositif de transition de sortie, permettant chacun le passage d'un mode microstrip à un mode stripline et vis-versa, configuré de sorte que la géométrie du dispositif de transition est optimisée afin de minimiser les taux d'ondes stationnaire aux accès du filtre, et de minimiser également l'excitation et le couplage du mode TE10, - au moins deux piliers conducteurs perpendiculaires au plan de la structure, situés au plus près de son axe principal, sans qu'il y ait de couplage avec le filtre et reliant les plans de masse supérieur et inférieur. L'invention comporte l'une quelconques des caractéristiques suivantes : - les dispositifs de transition, comportent chacun : - une plage métallisée située sur sa face inférieure et sur le petit côté du filtre, - un trou d'interconnexion permettant la connexion entre la plage métallisée et la ligne stripline d'accès du filtre, et - huit piliers métallisés connectés à chaque extrémité aux plans de masse ; - les dispositifs de transition, permettent un assemblage de la structure selon l'invention, par brasage sur un circuit imprimé de type microstrip 25 hyperfréquence ; - les piliers sont réalisés sous la forme de trous d'interconnexion métallisés traversant les deux couches diélectriques ; - les piliers sont des tiges métalliques pleines. L'invention a également pour objet un circuit imprimé comportant un 30 ensemble de composants actifs et/ou passifs, caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs structure(s) selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes. Brève description des fioures L'invention sera mieux comprise à la lecture de description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre illustratif, mais nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - Figure 1 : Représentation schématique d'un filtre réalisable en lignes striplines, selon l'état de la technique ; - Figure 2 : Vue d'ensemble de la structure, selon un mode de réalisation de l'invention ; - Figure 3 : Vue détaillée de la transition stripline/microstrip, selon un mode de réalisation de l'invention ; Description de l'invention On note dès à présent que les figures ne sont pas à l'échelle. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seule mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. L'invention qui sera ci-après décrite a pour but de proposer une nouvelle structure de filtre intégrable dont la réponse en fréquence est exempte de distorsion et de réponse parasite sur une large bande de fréquence, améliorant du même coup les performances de filtrage. La figure 2 illustre une vue d'ensemble de la structure, selon un mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure 2, une structure 20 triplaque (stripline en anglais) est composée de deux couches 21, 23, de diélectriques séparées par une couche 22 conductrice. La couche 22 conductrice est gravée au motif d'un filtre selon le principe de la figure 1. Le filtre selon la figure 1, est décrit plus explicitement dans les documents tels que ci-après référencé « George L. Matthaei, Leo Young & E. M. T. Jones. Microwaves Filters, Impedance-Matching Networks and Coupling Structures. Editions McGraw-Hill Inc. Dans le reste de la description, la couche 22 conductrice sera dénommée filtre 22. Les faces extérieures supérieures et inférieures de l'empilage des deux couches 21, 23, diélectriques sont recouvertes sur la plus grande partie de leur surface par un plan conducteur (non représenté pour faciliter la compréhension de la figure 2) constituant les plans de masse de la structure 20. Les plans de masse sont reliés entre eux par une métallisation de la périphérie de la structure 20 excepté aux abords des accès hyperfréquences. La structure 20 comporte également deux dispositifs 24, 25, identiques dont un dispositif 24 de transition d'entrée et d'un dispositif 25 de transition de sortie, illustrée à la figure 3. Ces dispositifs 24, 25, permettent le passage d'un mode microstrip à un mode stripline et vis-versa. Ces dispositifs 24, 25, comportent chacun : - une plage 30 métallisée située sur sa face inférieure et sur le petit côté 26 du filtre 22 ainsi que d'un trou d'interconnexion 31 permettant la connexion entre la plage métallisée et la ligne stripline d'accès du filtre 22, et - huit piliers 32 métallisés connectés à chaque extrémité aux plans de 15 masse. La géométrie du dispositif 24, 25, de transition est optimisée afin de minimiser les taux d'ondes stationnaire ou TOS (Voltage Standing Wave Ratio, en anglais) aux accès du filtre 22 et de minimiser également l'excitation et le couplage du mode TE10 dans une structure de guide rectangulaire incluse dans 20 la structure 20. Ces dispositifs 24, 25, permettent en outre le report ou l'assemblage de la structure 20 par brasage sur un circuit imprimé de type microstrip hyperfréquence. En outre, la structure 20 comporte au moins deux piliers 27 conducteurs perpendiculaires au plan de la structure 20, situés au plus près de son axe 25 principal sans qu'il y ait de couplage avec le filtre 22 et reliant les plans de masse supérieur et inférieur. Dans un mode de réalisation de l'invention, ces piliers 27 sont réalisés sous la forme de trous d'interconnexion métallisés traversant les deux couches 21, 23, diélectriques. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, les piliers 27 sont des tiges métalliques pleines. 30 L'ensemble de la structure 20 selon l'invention, constitue un filtre passe- bande exempt de distorsion et de réponse parasite sur une large bande de fréquence, et apte à être assemblé sur un circuit imprimé de type microstrip hyperfréquence. Un avantage non négligeable de la structure selon l'invention, est son aptitude à être réalisée aux moyens de techniques standards de réalisation des circuits Hyperfréquences et de ce fait entraîne un coût relativement faible de production. REVENDICATIONS1 - Structure (20) de filtrage hyperfréquence caractérisée en ce qu'elle comporte : - deux couches (21, 23), de diélectriques séparées par une couche (22) conductrice, la couche (22) conductrice étant gravée au motif d'un filtre, - les faces extérieures supérieures et inférieures de l'empilage des deux couches (21, 23), diélectriques étant recouvertes sur la plus grande partie de leur surface par un plan conducteur constituant des plans de masse de la structure (20), - lesdits plans de masse étant reliés entre eux par une métallisation de la périphérie de la structure (20), excepté aux abords des accès hyperfréquences, - deux dispositifs (24, 25), identiques, dont un dispositif (24) de transition d'entrée et un dispositif (25) de transition de sortie, permettant chacun le passage d'un mode microstrip à un mode stripline et vis-versa, configuré de sorte que la géométrie du dispositif (24, 25), de transition est optimisée afin de minimiser les taux d'ondes stationnaire aux accès du filtre (22), et de minimiser également l'excitation et le couplage du mode TE10, - au moins deux piliers (27) conducteurs perpendiculaires au plan de la structure (20), situés au plus près de son axe principal, sans qu'il y ait de couplage avec le filtre (22) et reliant les plans de masse supérieur et inférieur. 2 - Structure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs (24, 25), comportent chacun : - une plage (30) métallisée située sur sa face inférieure et sur le petit côté (26) du filtre (22), - un trou d'interconnexion (31) permettant la connexion entre la plage (30) métallisée et la ligne stripline d'accès du filtre (22), et - huit piliers (32) métallisés connectés à chaque extrémité aux plans de masse. 3 - Structure selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les dispositifs (24, 25), permettent un assemblage de la structure (20) par brasage sur un circuit imprimé de type microstrip hyperfréquence. 4 - Structure selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les piliers(27) sont réalisés sous la forme de trous d'interconnexion métallisés traversant les deux couches (21, 23), diélectriques. - Structure selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que 5 les piliers (27) sont des tiges métalliques pleines. 6 - Circuit imprimé comportant un ensemble de composants actifs et/ou passifs, caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs structure(s) (20), selon l'une quelconque des revendications précédentes.