Brevet FR3076402A1 — publié le 20190705

COMPOSANT MICRO-ONDES ET PROCEDE DE FABRICATION ASSOCIE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La presente invention concerne un composant micro-ondes du type ligne de transmission integree au substrat, comprenant une zone de propagation s'etendant le long d'un axe de propagation et etant delimitee transversalement, par rapport a l'axe de propagation, par au moins une paroi electriquement conductrice, la zone de propagation etant configuree pour presenter, a une temperature de reference predeterminee, une reponse en frequence predeterminee correspondante. L'invention concerne egalement un procede de fabrication d'un tel composant micro-ondes. L'invention s'applique au domaine des composants micro-ondes a base de lignes de transmission micro-ondes. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE II est connu d'avoir recours a la technologie GIS (cet acronyme signifiant « guide d'onde integre au substrat ») pour la conception de composants micro-ondes. De tels composants sont couramment designes par ('expression « composants GIS », ou encore qualifies de « composants du type ligne de transmission integree au substrat ». Parmi les composants du type ligne de transmission integree au substrat, on compte generalement les composants du type a guide integre au substrat, du type a guide creux integre au substrat, du type ligne coaxiale integree au substrat et du type ligne suspendue integree au substrat. De tels composants GIS sont realises a partir de substrata couramment utilises pour Ia fabrication de cartes electroniques, ce qui rend peu onereuse Ia fabrication de tels composants GIS. 2 En outre, de tels composants GIS presentent une masse reduite en comparaison des composants micro-ondes usuels, et ne requierent generalement pas de blindage, tout en autorisant une forte densite d'integration. Ainsi, de tels composants GIS constituent une alternative serieuse aux composants micro-ondes a guide d'onde usuels, 5 qui ne presentent generalement pas de tels avantages. Neanmoins, de tels composants micro-ondes GIS ne donnent pas entiere satisfaction. En effet, les materiaux dans lesquels est realise un composant GIS de l'etat de la technique sont generalement sujets a une dilatation ou une contraction lors 10 d'une variation de leur temperature. Ceci se traduit par une fluctuation des dimensions d'un tel composant GIS, et notamment par une fluctuation des dimensions d'une zone de propagation dudit composant GIS, destinee au guidage d'ondes electromagnetiques. II en resulte, notamment, une fluctuation de la reponse en frequence d'un tel composant micro-ondes GIS avec la temperature. 15 De teller fluctuations de reponse en frequence sont prejudiciables, en particulier dans le cas de composants GIS dont le fonctionnement repose sur la mice en oeuvre de cavites resonantes, encore appelees « resonateurs ». Dans ce cas, une fluctuation des dimensions de la zone de propagation avec la temperature, et donc des dimensions du ou des resonateur(s), se traduit par une fluctuation d'une bande passante 20 du composant GIS, et en particulier d'une frequence centrale associee au composant GIS. Par « bande passante », il est entendu, au sens de la presente invention, une bande de frequence, autour de la frequence centrale, dans laquelle la reponse en frequence du composant presente une amplitude au moins egale a une fraction predeterminee d'une amplitude maximale de la reponse en frequence atteinte en ladite 25 frequence centrale. A titre d'exemple illustratif, il a ete observe, pour un filtre micro-ondes en technologie GIS de l'etat de la technique, concu pour presenter une frequence centrale a 21 GHz (gigahertz), une diminution de 28,3 MHz (megahertz) de la frequence centrale du filtre lors d'un passage de sa temperature de 23°C (degre Celsius) a 80°C. 3 De teller fluctuations de la reponse en frequence des composants micro-ondes GIS avec la temperature ne sont generalement pas acceptables au regard des specifications generalement requires. Ceci est prejudiciable a une plus large adoption de tell composants micro-ondes GIS en remplacement des composants micro-ondes 5 classiques. Un but de l'invention est donc de proposer un composant micro-ondes du type ligne de transmission integree au substrat dans lequel la fluctuation de la reponse en frequence avec la temperature est moindre. 10 EXPOSE DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un composant micro-ondes du type precite, comportant, en outre, au moins un bloc de compensation agence dans la zone de propagation, l'au moins un bloc de compensation etant realise dans un materiau dielectrique presentant une permittivite dielectrique dont la derivee par rapport a la 15 temperature, dans une plage d'interet predeterminee de temperature autour de la temperature de reference, a un signe oppose au signe d'au moins un coefficient de dilatation thermique de la zone de propagation, les dimensions de l'au moins un bloc de compensation, a la temperature de reference, etant choisies de sorte que l'au moins un bloc de compensation est apte a compenser une variation de la reponse en frequence 20 avec la temperature, dans la plage de temperature d'interet. En effet, l'au moins un bloc de compensation etant realise dans un materiau dielectrique presentant une permittivite dielectrique dont la derivee par rapport a la temperature a un signe oppose au signe d'au moins un coefficient de dilatation thermique de la zone de propagation, it en resulte que les variations de permittivite 25 dielectrique de l'au moins un bloc de compensation avec la temperature entrainent un decalage de la reponse en frequence dans un sens oppose par rapport au decalage entraine par les variations de dimension de la zone de propagation. II s'ensuit, pour des dimensions appropriees de l'au moins un bloc de compensation, une compensation, par les blocs de compensation, des effets de la variation thermique des dimensions de la zone 4 de propagation sur la reponse en frequence, ce qui confere a la reponse en frequence des composant micro-ondes selon l'invention une plus grande stabilite en temperature que la reponse en frequence des composants de l'etat de la technique. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le composant micro- 5 ondes comporte une ou plusieurs des caracteristiques suivantes, prise(s) isolement ou suivant touter les combinaisons techniquement possibles : - les dimensions de l'au moins un bloc de compensation sont fonction d'une frequence centrale de la reponse en frequence a la temperature de reference, de l'au moins un coefficient de dilatation thermique de la zone de propagation, d'au moins 10 un coefficient de dilatation thermique du bloc de compensation, de la permittivite dielectrique du materiau dielectrique dans lequel est realise l'au moins un bloc de compensation et de la derivee, par rapport a la temperature, de la permittivite dielectrique du materiau dielectrique dans lequel est realise l'au moins un bloc de compensation ; 15 - la zone de propagation comprend au moins un resonateur, le resonateur presentant, a la temperature de reference, une longueur de resonateur et une demi-largeur de resonateur predeterminees, au moins un bloc de compensation etant agence dans le resonateur, les dimensions de l'au moins un bloc de compensation etant fonction de la longueur de resonateur et de la demi-largeur de resonateur du resonateur ; 20 - le resonateur est delimit& suivant un axe transverse orthogonal a l'axe de propagation, par deux parois electriquement conductrices, deux blocs de compensation etant agences dans le resonateur, chaque bloc de compensation etant fixe a une paroi electriquement conductrice respective parmi les deux parois electriquement conductrices ; 25 - le resonateur est symetrique par rapport a un plan de symetrie orthogonal a l'axe transverse, et les deux blocs de compensation sont symetriques par rapport au plan de symetrie, la difference, a la temperature de reference, entre la demi-largeur de resonateur du resonateur et une largeur de bloc, suivant l'axe transverse, de l'un des deux blocs de compensation, pour un mode propre transverse electrique determine pour 5 un couple d'entiers (m, n), etant egale a la valeur pour laquelle une frequence centrale de la reponse en frequence, obtenue comme etant : - la p-ierne solution de ('equation Im(ZeTPT)=0 si m est pair, m etant de la forme m = 2p, p etant un entier nature! superieur ou egal a 1; ou 5 - la p-ierne solution de ('equation Im(ZeTPT)=00 si m est impair, m etant de la forme m = 2p-1, p etant un entier nature! superieur ou egal a 1, a une temperature quelconque distincte de la temperature de reference est egale a la frequence centrale a la temperature de reference, avec : zT-FAT_Li7T-FAT tan(PrAT(1+6yATWI) 7T-FAT_7T-FAT el ' 1'0 "e0 -"0 T-FAT_i 7T-FAT tan (p To-FAT(1+600wD ' 1"el ou : ZrAT= 2 (1+6,00T)E'rrs) 2(1+6, REVENDICATIONS1. Composant micro-ondes (2 ; 102 ; 202) du type ligne de transmission integree au substrat, comprenant une zone de propagation (5) s'etendant le long d'un axe de propagation (X-X) et etant delimitee transversalement, par rapport a l'axe de propagation (X-X), par au moins une paroi electriquement conductrice (25 ; 23, 26), la zone de propagation (5) etant configuree pour presenter, a une temperature de reference predeterminee, une reponse en frequence predeterminee correspondante, le composant micro-ondes (2 ; 102 ; 202) etant caracterise en ce qu'il comporte, en outre, au moins un bloc de compensation (28) agence dans la zone de propagation (5), l'au moins un bloc de compensation (28) etant realise dans un materiau dielectrique presentant une permittivite dielectrique dont la derivee par rapport a la temperature, dans une plage d'interet predeterminee de temperature autour de la temperature de reference, a un signe oppose au signe d'au moins un coefficient de dilatation thermique de la zone de propagation (5), les dimensions de l'au moins un bloc de compensation (28), a la temperature de reference, etant choisies de sorte que l'au moins un bloc de compensation (28) est apte a compenser une variation de la reponse en frequence avec la temperature, dans la plage de temperature d'interet. 2. Composant micro-ondes (2 ; 102 ; 202) selon la revendication 1, dans lequel les dimensions de l'au moins un bloc de compensation (28) sont fonction d'une frequence centrale de la reponse en frequence a la temperature de reference, de l'au moins un coefficient de dilatation thermique de la zone de propagation (5), d'au moins un coefficient de dilatation thermique du bloc de compensation (28), de la permittivite dielectrique du materiau dielectrique dans lequel est realise l'au moins un bloc de 28 compensation (28) et de la derivee, par rapport a la temperature, de la permittivite dielectrique du materiau dielectrique dans lequel est realise l'au moins un bloc de compensation (28). 5 3. Composant micro-ondes (2 ; 102 ; 202) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la zone de propagation (5) comprend au moins un resonateur (19), le resonateur (19) presentant, a la temperature de reference, une longueur de resonateur (L) et une demi-largeur de resonateur (W) predeterminees, au moins un bloc de compensation (28) etant agence dans le resonateur (19), les dimensions de l'au moins un 10 bloc de compensation (28) etant fonction de la longueur de resonateur (L) et de la demi- largeur de resonateur (W) du resonateur (19). 4. Composant micro-ondes (2 ; 102 ; 202) selon la revendication 3, dans lequel le resonateur (19) est delimit& suivant un axe transverse (Y-Y) orthogonal a l'axe 15 de propagation (X-X), par deux parois electriquement conductrices (25 ; 23, 26), deux blocs de compensation (28) etant agences dans le resonateur (19), chaque bloc de compensation (28) etant fixe a une paroi electriquement conductrice (25 ; 23, 26) respective parmi les deux parois electriquement conductrices (25 ; 23, 26). 20 5. Composant micro-ondes (2 ; 102 ; 202) selon la revendication 4, dans lequel le resonateur (19) est symetrique par rapport a un plan de symetrie orthogonal a l'axe transverse (Y-Y), et les deux blocs de compensation (28) sont symetriques par rapport au plan de symetrie, la difference, a la temperature de reference, entre la demi-largeur de 25 resonateur (W) du resonateur (19) et une la rgeur de bloc (w1), suivant l'axe transverse (Y- Y), de l'un des deux blocs de compensation (28), pour un mode propre transverse electrique determine pour un couple d'entiers (m, n), etant egale a la valeur pour laquelle une frequence centrale de la reponse en frequence, obtenue comme etant : - la p-ierne solution de ('equation Im(ZeirT)=0 si m est pair, m etant de la forme m = 2p, p etant un entier nature) superieur ou egal a 1; ou 29 - la p-ierne solution de ('equation Im(ZeTPT)=00 si m est impair, m etant de la forme m = 2p-1, p etant un entier nature! superieur ou egal a 1, a une temperature quelconque distincte de la temperature de reference est egale a la frequence centrale a la temperature de reference, avec : zT-FAT_Li7T-FAT 7T-FAT_7T-FAT el ' 1'0 tan(PrAT(1+6yATWI) "e0 -"0 T-FAT_i 7T-FAT tan (p To-FAT(1+600wD ' 1"el 5 ou : ZrAT= 2 (1+6,00T)E'rrs) 2(1+6, 6. Composant micro-ondes (2 ; 102 ; 202) selon la revendication 5, dans 25 lequel l'entier m est egal a 1, la demi-distance (wo), a la temperature de reference, etant egale a la valeur pour laquelle la frequence centrale de la reponse en frequence a la temperature distincte de la temperature de reference, obtenue comme etant la premiere solution de ('equation Im(ZeTPT)=00, est egale a la frequence centrale a la temperature de reference, l'entier n etant, de preference, egal a 1. 30 31 7. Composant micro-ondes (102) selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, dans lequel la zone de propagation (5) comporte une cavite (20) delimitee, suivant un axe transverse (Y-Y) orthogonal a l'axe de propagation (X-X), par une surface dielectrique (22) d'au moins un substrat (8C, 8D), l'au moins un substrat (8C, 8D) 5 comprenant au moins un chemin (26) de vias (24), chaque via (24) s'etendant suivant un axe (Z-Z) non parallele a l'axe transverse (Y-Y), l'au moins un chemin (26) de vias (24) formant au moins partiellement l'au moins une paroi electriquement conductrice, au moins un bloc de compensation (28) etant delimit& suivant l'axe transverse (Y-Y), entre le chemin (26) de vias (24) et la surface dielectrique (22). 10 8. Composant micro-ondes (202) selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, comportant un substrat (8) comportant une couche conductrice superieure (10) et une couche conductrice inferieure (12) separees par une couche dielectrique (14), 15 chacune parmi la couche conductrice superieure (10), la couche conductrice inferieure (12) et la couche dielectrique (14) s'etendant dans un plan defini par l'axe de propagation (X-X) et un axe transverse (Y-Y) orthogonal a l'axe de propagation (X-X), le substrat (8) comprenant deux chemins (26) de vias (24) a distance 20 l'une de l'autre suivant l'axe transverse (Y-Y), chaque via (24) s'etendant entre la couche conductrice superieure (10) et la couche conductrice inferieure (12) du substrat (8), chaque chemin (26) de vias (24) formant au moins partiellement l'au moins une paroi electriquement conductrice, au moins un bloc de compensation (28) etant agence dans une cellule 25 (32) correspondante menagee au rein de la zone de propagation (5), dans la couche dielectrique (14). 9. Procede de fabrication d'un composant micro-ondes (2 ; 102 ; 202) du type ligne de transmission integree au substrat, comportant les etapes de : 32 - fabrication d'une zone de propagation (5) delimitee transversalement, par rapport a un axe de propagation (X-X), par au moins une paroi electriquement conductrice (25 ; 23, 26), la zone de propagation (5) presentant, a une temperature de reference predeterminee, une reponse en frequence predeterminee correspondante ; 5 - realisation d'un dispositif de compensation (6), le dispositif de compensation comportant au moins un bloc de compensation (28) agence dans la zone de propagation (5), chaque bloc de compensation (28) etant realise dans un materiau dielectrique presentant une permittivite dielectrique dont la derivee par rapport a la temperature, dans une plage d'interet predeterminee de temperature autour de la 10 temperature de reference, a un signe oppose au signe d'au moins un coefficient de dilatation thermique de la zone de propagation (5), les dimensions de l'au moins un bloc de compensation (28), a la temperature de reference, etant choisies de sorte que l'au moins un bloc de compensation (28) est apte a compenser une variation de la reponse en frequence avec la temperature, dans la plage de temperature d'interet. 15 10. Procede de fabrication selon la revendication 9, dans lequel la zone de propagation (5) comporte une cavite (20) delimitee, suivant un axe transverse (Y-Y) orthogonal a l'axe de propagation (X-X), par une surface dielectrique (22) d'au moins un substrat (8C, 8D), 20 l'etape de realisation comportant la realisation, dans l'au moins un substrat (8C, 8D), d'une pluralite de vias (24) s'etendant chacun suivant un axe (Z-Z) non parallele a l'axe transverse (Y-Y), les vias (24) definissant au moins un chemin (26), chaque chemin (26) de vias (24) formant au moins partiellement l'au moins une paroi electriquement 25 conductrice, au moins un bloc de compensation (28) etant delimit& suivant l'axe transverse (Y-Y), entre le chemin (26) de vias (24) et la surface dielectrique (22).