Brevet FR3144454A1 — publié le 20240628

Dispositif de traitement de signaux électriques Le dispositif (10) de traitement de signaux électriques comprend : - un module (60) de traitement de signaux électriques ; - une première borne (50) et N deuxièmes bornes (52), chacune connectée au module (60) et apte à recevoir un signal électrique à traiter ou à distribuer un signal électrique traité, N étant un entier supérieur ou égal à 5. Le module (60) comprend M étages (62) successivement connectés entre la première borne (50) et les deuxièmes bornes (52), M étant un entier supérieur ou égal à 2, un premier étage (62) comprenant un premier circuit intégré (64) ; pour K un entier compris entre 2 et M, le K-ième étage (62) comprend au moins un ensemble (66) de K-ième circuits intégrés (64), les K-ième circuits (64) de respectivement chaque ensemble (66) étant connectés à un K-1-ième circuit (64) respectif du K-1-ième étage (62). Figure pour l'abrégé : Figure 1 Dispositif de traitement de signaux électriques La présente invention concerne un dispositif de traitement de signaux électriques à traiter, le traitement comprenant une division d’un signal électrique à diviser en signaux électriques divisés ou une combinaison de signaux électriques à combiner en un signal électrique combiné, comprenant : - un support ; - un substrat recouvrant au moins en partie le support ; - un module de traitement de signaux électriques, agencé sur le substrat ; - une première borne agencée sur le substrat et connectée au module de traitement, la première borne étant apte à recevoir un signal électrique à traiter par le module de traitement ou à distribuer un signal électrique traité par le module de traitement ; - N deuxièmes bornes agencées sur le substrat, N étant un entier supérieur ou égal à 5, chaque deuxième borne étant connectée au module de traitement et étant apte à recevoir un signal électrique à traiter par le module de traitement ou à distribuer un signal électrique traité par le module de traitement. De tels dispositifs de traitement sont par exemple utilisés dans un radiogoniomètre en association avec une pluralité d’émetteurs/récepteurs. En particulier, dans un radiogoniomètre, un tel dispositif permet de combiner les signaux reçus par une pluralité de récepteurs. Pour que le radiogoniomètre puisse déterminer de manière précise la direction d’arrivée des signaux reçus, il est nécessaire de procéder à un calibrage de ses récepteurs. Pour ce faire, il est connu d’envoyer dans les récepteurs un signal de calibrage divisé par le dispositif de traitement et distribué à chacun des récepteurs. Pour que le calibrage soit précis, la différence de phase et la différence de gain engendrées par le dispositif de traitement entre chacun des signaux de calibrage reçu par les récepteurs doivent être les plus faibles possible. Or, certains radiogoniomètres présentent un grand nombre de récepteurs, notamment supérieur ou égal à 5. Les dispositifs de traitement de l’état de la technique, à 5 entrées ou sorties proposant des performances en différence de phase et en différence de gain suffisantes présentent un encombrement important. Un but de l’invention est de fournir un dispositif de traitement qui permette d’obtenir une différence de phase et une différence de gain les plus faibles possibles entre des signaux traités transitant par de nombreuses deuxièmes bornes tout en présentant un encombrement réduit. A cet effet, l’invention concerne un dispositif de traitement comprenant M étages de traitement de signaux électriques successivement connectés entre la première borne et les deuxièmes bornes, M étant un entier supérieur ou égal à 2, un premier étage de traitement comprenant un premier circuit intégré de traitement de signaux électriques agencé sur le substrat et connecté à la première borne ; dans lequel pour K un entier compris entre 2 et M, le K-ième étage comprend au moins un ensemble de K-ièmes circuits intégrés de traitement de signaux électriques agencés sur le substrat, les K-ièmes circuits intégrés de respectivement chaque ensemble étant connectés à un K-1-ième circuit intégré respectif du K-1-ième étage, chaque deuxième borne étant connectée à un M-ième circuit intégré de traitement de signaux électriques du M-ième étage. Les circuits intégrés de traitement de signaux de chaque étage engendrent de faibles différences de phase et de gain sur les signaux qu’ils traitent et présentent un encombrement minime. Par conséquent, la mise en réseau de ces circuits intégrés suivant le montage revendiqué permet alors d’obtenir des différences de phase et de gain faibles entre les nombreuses deuxièmes bornes et permet d’obtenir un dispositif présentant un encombrement faible. Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de traitement comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toute combinaison techniquement envisageable : - le support présente une surface de support sur laquelle le substrat, le module de traitement, la première borne et les deuxièmes bornes s’étendent, la surface de support présentant : - une portion centrale en regard de laquelle les circuits intégrés des M étages de traitement de signaux électriques sont regroupés ; - une portion annulaire centrée sur la portion centrale, en regard de laquelle la première borne et les deuxièmes bornes sont agencées, les première et deuxièmes bornes étant réparties uniformément angulairement autour de la portion centrale ; - la portion centrale de la surface du support présente : - une position centrale sur laquelle le premier circuit intégré est agencé ; - M-1 cercles concentriques centrés sur la position centrale ; dans lequel lorsque M est supérieur ou égal à 3 : - pour P un entier compris entre 1 et M-2, le rayon du P+1-ième cercle est supérieur au rayon du P-ième cercle concentrique ; - pour L un entier compris entre 1 et M-1, les L+1-ième circuits intégrés du L+1-ième étage de traitement sont agencés sensiblement sur le L-ième cercle concentrique ; - les signaux électriques sont des signaux radiofréquence, notamment des signaux hyperfréquence, les signaux hyperfréquence présentant de préférence une fréquence comprise entre 2 MHz et 8 GHz ; - les circuits intégrés sont des circuits intégrés monolithiques hyperfréquence configurés pour diviser ou combiner des signaux électriques ; - le dispositif comprend une pluralité de lignes de transmission de signaux électriques gravées sur le substrat, chaque ligne s’étendant entre un premier élément électronique et un deuxième élément électronique, le premier élément électronique étant un circuit intégré, le deuxième élément électronique étant un autre circuit intégré, la première borne ou une deuxième borne, chaque ligne de transmission présentant une longueur mesurée entre les premier et deuxième éléments électroniques comprise entre 0,1 mm et 10 cm ; - chaque ligne de transmission présente une largeur comprise entre 0,1 mm et 10,0 mm ; - chaque ligne de transmission présente une épaisseur comprise entre 1 µm et 1mm ; - le substrat présente une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 10,0 mm ; et - le substrat est réalisé en un matériau présentant une permittivité relative comprise entre 1,1 et 10,0, de préférence sensiblement égale à 3,7. D’autres aspects et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La est une représentation schématique simplifiée d’un exemple de dispositif de traitement selon l’invention ; la est un exemple de réalisation du dispositif de traitement de la ; la est une représentation schématique simplifiée en vue de côté d’une portion du dispositif de traitement de la ; la est une représentation schématique simplifiée en vue de dessus de la portion du dispositif de traitement de la . En référence aux Figures 1 à 4, on décrit un dispositif 10 de traitement de signaux électriques à traiter. Par traitement, on entend la division d’un signal électrique à diviser en signaux électriques divisés ou une combinaison de signaux électriques à combiner en un signal électrique combiné. Par division d’un signal électrique, on entend la reproduction d’un signal électrique à reproduire en signaux électriques reproduits, présentant des caractéristiques sensiblement identiques au signal électrique à reproduire. Notamment, les signaux reproduits sont identiques en fréquence et en phase au signal à reproduire mais présentent un niveau (autrement dit une puissance) plus faible. Par combinaison d’un signal électrique, on entend la combinaison de signaux électriques à combiner en un signal électrique combiné, présentant des caractéristiques sensiblement identiques aux signaux électriques à combiner. Notamment, le signal combiné est identique en fréquence et en phase aux signaux à combiner mais présente un niveau (autrement dit une puissance) plus élevée. Les signaux électriques sont, par exemple des signaux radiofréquence, notamment des signaux hyperfréquence. Les signaux hyperfréquence présentent de préférence une fréquence comprise entre 2 MHz et 8 GHz. Le dispositif de traitement 10 comprend un support 20, un substrat 40 recouvrant le support 20, une première borne 50, N deuxième bornes 52 et un module 60 de traitement de signaux électriques. Avantageusement, le dispositif de traitement 10 comprend en outre des lignes 80 de transmission de signaux électriques. Le support 20 est par exemple une plaque de ROGERS RO4350 TM s’étendant sensiblement selon un plan P sensiblement orthogonal à une direction D et présentant une épaisseur E1 mesurée selon la direction D, comprise entre 25µm et 1cm. Avantageusement, le support 20 est réalisé en un matériau de type diélectrique. Par exemple, le support 20 a une forme de disque. Le support 20 présente une surface de support 22 sur laquelle le substrat 40, le module de traitement 60, la première borne 50, les deuxièmes bornes 52 et les lignes de transmission 80 s’étendent. La surface de support 22 présente une surface comprise entre 2 cm 2 et 200 cm 2 . Selon l’exemple illustré sur les Figures 1 et 2, la surface du support 22 présente une surface inférieure à 4 cm 2 . En référence à la , la surface de support 22 présente une portion centrale 24 en regard de laquelle des circuits intégrés 64 de M étages de traitement 62 du module de traitement 60 sont regroupés. La surface de support 22 présente en outre une portion annulaire 26 centrée sur la portion centrale 24, en regard de laquelle sont agencées la première borne 50 et les deuxièmes bornes 52. La portion centrale 24 de la surface du support 22 présente : - une position centrale 28 sur laquelle un premier circuit intégré 64 est agencé ; et - M-1 cercles concentriques 30 centrés sur la position centrale. Lorsque M est supérieur ou égal à 3 : - pour P un entier compris entre 1 et M-2, le rayon du P+1-ième cercle concentrique 30 est supérieur au rayon du P-ième cercle concentrique 30 ; - pour L un entier compris entre 1 et M-1, des L+1-ième circuits intégrés d’un L+1-ième étage de traitement 62 du module de traitement 60 sont agencés sensiblement sur le L-ième cercle concentrique 30. Le substrat 40 recouvre au moins partiellement le support 20, notamment la surface de support 22. Avantageusement, en référence à la , le substrat 40 présente une épaisseur E2, mesurée selon la direction D, comprise entre 0,1 mm et 10,0 mm. Encore avantageusement, le substrat 40 est réalisé en un matériau présentant une permittivité relative comprise entre 1,1 et 10,0. La permittivité relative du substrat est par exemple sensiblement égale à 3,7. Encore avantageusement, le substrat 40 est réalisé en un matériau comprenant de la résine époxy et des fibres de verre. La première borne 50 est agencée sur le substrat 40 et est connectée au module de traitement 60. La première borne 50 est apte à recevoir un signal électrique à traiter par le module de traitement 60 ou à distribuer un signal électrique traité par le module de traitement 60. Comme illustré sur l’exemple de la , la première borne 50 est agencée en regard de la portion annulaire 26 de la surface du support 22. Les N deuxièmes bornes 52 sont agencées sur le substrat 40. Chaque deuxième borne 52 est connectée au module de traitement 60 et est apte à recevoir un signal électrique à traiter par le module de traitement 60 ou à distribuer un signal électrique traité par le module de traitement 60. N est un entier supérieur ou égal à 5. Selon l’exemple illustré sur les Figures 1 et 2, N est égal à 5. Chaque deuxième borne 52 est connectée à un M-ième circuit intégré 64 de traitement de signaux électriques d’un M-ième étage de traitement 62 de signaux électriques appartenant au module 60 de traitement des signaux électriques. Comme illustré sur l’exemple de la , les deuxièmes bornes 52 sont agencées en regard de la portion annulaire 26 de la surface du support 22. Encore en référence à l’exemple de la , les deuxièmes bornes 52 ainsi que la première borne 50 sont réparties uniformément angulairement autour de la portion centrale 28 de la surface du support 22. Le module 60 de traitement des signaux électriques est agencé sur le substrat 40. Le module de traitement 60 comprend M étages 62 de traitement de signaux électriques successivement connectés entre la première borne 50 et les deuxièmes bornes 52. M est un entier supérieur ou égal à 2. Selon l’exemple illustré sur les Figures 1 et 2, M est égal à 2. Un premier étage de traitement 62, 62A comprend un premier circuit intégré 64A de traitement de signaux électriques agencé sur le substrat 40 et connecté à la première borne 50. Pour K un entier compris entre 2 et M, le K-ième étage 62 comprend au moins un ensemble 66 de K-ième circuits intégrés 64 de traitement de signaux électriques agencés sur le substrat 40. Les K-ième circuits intégrés 64 de respectivement chaque ensemble 66 sont connectés à un K-1-ième circuit intégré 64 respectif du K-1-ième étage 62. Selon l’exemple illustré sur les Figures 1 et 2, le deuxième étage 62B comprend un unique ensemble 66 de deuxièmes circuits intégrés 64B de traitement de signaux électriques. Les deuxièmes circuits intégrés 64B de l’unique ensemble 66 du deuxième étage 62B sont connectés au circuit intégré 64A du premier étage 62A. Toujours selon l’exemple illustré sur les Figures 1 et 2, au moins un deuxième circuit intégré 64B, de manière générale un M-ième circuit intégré 64, est connecté à la masse par l’intermédiaire d’une résistance, notamment d’une résistance de 50 ohms. Avantageusement, les circuits intégrés 64 de traitement de signaux électriques sont des circuits intégrés monolithiques hyperfréquence configurés pour diviser ou combiner des signaux électriques, notamment des signaux hyperfréquence. Notamment, les circuits intégrés monolithiques hyperfréquence présentent des circuits de traitement du signal du type résistif et/ou du type Wilkinson. En outre, les circuits intégrés monolithiques hyperfréquence utilisés présentent des différences de phase et de gain entre voies faibles dans la bande de fréquence ciblée. Chaque circuit intégré 64 de traitement de signaux électrique comprend un premier point 70 de connexion à un circuit intégré 64 d’un étage 62 inférieur ou à la première borne 50 et une pluralité de second points 72 de connexion à des circuits intégrés 64 d’un étage 62 supérieur ou à des deuxièmes bornes 52. Sur l’exemple des Figures 1 et 2, le premier circuit intégré 64A du premier étage de traitement 62A comprend quatre seconds points 72 de connexion aux circuits intégrés 64B du deuxième étage 62B et un premier point de connexion 70 à la première borne 50. Toujours sur l’exemple des Figures 1 et 2, les deuxièmes circuits intégrés 64B du deuxième étage de traitement 62B comprennent chacun un premier point de connexion 70 au premier circuit intégré 64A du premier étage 62A et deux seconds points 72 de connexion à une deuxième borne 52 ou à la masse par l’intermédiaire d’une résistance. Chaque circuit intégré 64 comprend au plus quatre seconds points de connexion 72. Chaque circuit intégré 64 est tel que les signaux électriques transitant par ses seconds points de connexion 72 présentent : - une différence de phase inférieure à 5° lorsque les signaux électriques présentent une fréquence comprise entre 2 MHz et 5 GHz ; - une différence de phase inférieure à 10° lorsque les signaux électriques présentent une fréquence comprise entre 5 GHz et 8 GHz ; et - une différence de gain inférieure à 0,4 dB. Notamment, chaque circuit intégré monolithique hyperfréquence présente une surface projetée sur le plan P inférieure ou égale à 9 mm2. En référence aux Figures 1 à 4, les lignes 80 de transmission de signaux électriques sont gravées sur le substrat 40 et chaque ligne 80 s’étend entre un premier élément électronique 82 et un second élément électronique 84. En référence aux Figures 3 et 4, chaque ligne de transmission 80 présente une longueur L mesurée entre les premier 82 et deuxième 84 éléments électroniques comprise entre 0,1 mm et 10 cm. En référence à la , chaque ligne de transmission 80 présente une largeur W comprise entre 0,1 mm et 10,0 mm. En référence à la , chaque ligne de transmission 80 présente une épaisseur H comprise entre 1 µm et 1mm. Le premier élément électronique 82 est un circuit intégré 64 et le deuxième élément électronique 84 est un autre circuit intégré 64, la première borne 50 ou une deuxième borne 52. Dans ce qui suit, on décrit un exemple particulier dans lequel le dispositif de traitement 10 est un dispositif de division d’un signal électrique à diviser. Le module de traitement 60 est alors un module de division configuré pour diviser le signal électrique à diviser en signaux électriques divisés. La première borne 50 est destinée à recevoir le signal électrique à diviser. Chaque deuxième borne 52 est destinée à distribuer un signal électrique divisé. Le module de division comprend M étages 62 de division de signaux. Le premier étage 62 de division comprend un premier circuit intégré 64 de division de signal électrique configuré pour diviser le signal électrique à diviser reçu par la première borne 50 en signaux électrique divisés. Pour K un entier compris entre 2 et M-1, chacun des K-ièmes circuits intégrés 64 de division du K-ième étage 62 sont configurés pour diviser un signal électrique à diviser reçu depuis un K-1-ième circuit intégré 64 de division du K-1-ième étage 62 en signaux électriques divisés. Chaque M-ième circuit intégré 64 de division du M-ième étage 62 étant configuré pour diviser un signal électrique à diviser reçu depuis un circuit intégré 64 du M-1-ième étage 62 en signaux électriques divisés et transmettre un desdits signaux électriques divisés à au moins une deuxième borne 52. Dans ce qui suit, on décrit un exemple particulier dans lequel le dispositif de traitement 10 est un dispositif de combinaison de signaux électriques à combiner. Le module de traitement 60 est alors un module de combinaison configuré pour combiner les signaux électriques à combiner en un signal électrique combiné. La première borne 50 est destinée à distribuer le signal électrique combiné. Chaque deuxième borne 52 est destinée à recevoir un signal électrique à combiner. Le module de combinaison 60 comprend M étages 62 de combinaison de signaux. Chaque M-ième circuit intégré 64 de combinaison du M-ième étage étant configuré pour combiner des signaux électriques à combiner reçus depuis au moins une deuxième borne 52 en un signal électrique combiné. Pour K un entier compris entre 2 et M-1, chacun des K-ièmes circuits intégrés 64 du K-ième étage 62 étant configuré pour combiner des signaux électriques à combiner reçus depuis respectivement des K+1-ièmes circuits intégrés 64 de combinaison du K+1-ième étage 62 en un signal électrique combiné. Le premier circuit intégré 64 de combinaison du premier étage 62 de combinaison est configuré pour combiner des signaux électriques à combiner reçus depuis au moins un deuxième circuit intégré 64 de combinaison du deuxième étage 62 en un signal électrique combiné et transmettre ledit signal électrique combiné à la première borne 50. Grâce à l’invention, il est possible d’obtenir un dispositif de traitement de signaux électrique tel que les signaux électriques transitant par un grand nombre de deuxièmes bornes présentent : - une différence de phase inférieure à 5° lorsque les signaux électriques présentent une fréquence comprise entre 2 MHz et 5 GHz ; - une différence de phase inférieure à 10° lorsque les signaux électriques présentent une fréquence comprise entre 5 GHz et 8 GHz ; et - une différence de gain inférieure à 0,4 dB ; pour des signaux électriques dont la puissance monte jusqu’à 27 dBm. L’invention permet en outre d’obtenir ces caractéristiques avantageuses tout en limitant l’encombrement du dispositif. En effet, la surface du support 22 présente une surface inférieure à 4 cm 2 ce qui est très inférieure à celle des dispositifs de l’état de la technique. Dispositif (10) de traitement de signaux électriques à traiter, le traitement comprenant une division d’un signal électrique à diviser en signaux électriques divisés ou une combinaison de signaux électriques à combiner en un signal électrique combiné, comprenant : - un support (20) ; - un substrat (40) recouvrant au moins en partie le support (20) ; - un module (60) de traitement de signaux électriques, agencé sur le substrat (40) ; - une première borne (50) agencée sur le substrat (40) et connectée au module de traitement (60), la première borne (50) étant apte à recevoir un signal électrique à traiter par le module de traitement (60) ou à distribuer un signal électrique traité par le module de traitement (60) ; - N deuxièmes bornes (52) agencées sur le substrat (40), N étant un entier supérieur ou égal à 5, chaque deuxième borne (52) étant connectée au module de traitement (60) et étant apte à recevoir un signal électrique à traiter par le module de traitement (60) ou à distribuer un signal électrique traité par le module de traitement (60) ; caractérisé en ce que le module de traitement (60) comprend M étages (62) de traitement de signaux électriques successivement connectés entre la première borne (50) et les deuxièmes bornes (52), M étant un entier supérieur ou égal à 2, un premier étage de traitement (62) comprenant un premier circuit intégré (64) de traitement de signaux électriques agencé sur le substrat (40) et connecté à la première borne (50) ; dans lequel pour K un entier compris entre 2 et M, le K-ième étage (62) comprend au moins un ensemble (66) de K-ièmes circuits intégrés (64) de traitement de signaux électriques agencés sur le substrat (40), les K-ièmes circuits intégrés (64) de respectivement chaque ensemble (66) étant connectés à un K-1-ième circuit intégré (64) respectif du K-1-ième étage (62), chaque deuxième borne (52) étant connectée à un M-ième circuit intégré (64) de traitement de signaux électriques du M-ième étage (62). Dispositif (10) selon la revendication 1, dans lequel le support (20) présente une surface de support (22) sur laquelle le substrat (40), le module de traitement (60), la première borne (50) et les deuxièmes bornes (52) s’étendent, la surface de support (22) présentant : - une portion centrale (24) en regard de laquelle les circuits intégrés (64) des M étages (62) de traitement de signaux électriques sont regroupés ; - une portion annulaire (26) centrée sur la portion centrale (24), en regard de laquelle la première borne (50) et les deuxièmes bornes (52) sont agencées, les première (50) et deuxièmes (52) bornes étant réparties uniformément angulairement autour de la portion centrale (24). Dispositif (10) selon la revendication 2, dans lequel la portion centrale (24) de la surface du support (22) présente : - une position centrale (28) sur laquelle le premier circuit intégré (64) est agencé ; - M-1 cercles concentriques (30) centrés sur la position centrale (28) ; dans lequel lorsque M est supérieur ou égal à 3 : - pour P un entier compris entre 1 et M-2, le rayon du P+1-ième cercle (30) est supérieur au rayon du P-ième cercle concentrique (30) ; - pour L un entier compris entre 1 et M-1, les L+1-ième circuits intégrés (64) du L+1-ième étage de traitement (62) sont agencés sensiblement sur le L-ième cercle concentrique (30). Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les signaux électriques sont des signaux radiofréquence, notamment des signaux hyperfréquence, les signaux hyperfréquence présentant de préférence une fréquence comprise entre 2 MHz et 8 GHz. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les circuits intégrés (64) sont des circuits intégrés monolithiques hyperfréquence configurés pour diviser ou combiner des signaux électriques. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une pluralité de lignes (80) de transmission de signaux électriques gravées sur le substrat (40), chaque ligne (80) s’étendant entre un premier élément électronique (82) et un deuxième élément électronique (84), le premier élément électronique (82) étant un circuit intégré (64), le deuxième élément électronique (84) étant un autre circuit intégré (64), la première borne (50) ou une deuxième borne (52), chaque ligne de transmission (80) présentant une longueur (L) mesurée entre les premier (82) et deuxième (84) éléments électroniques comprise entre 0,1 mm et 10 cm. Dispositif (10) selon la revendication 6, dans lequel chaque ligne de transmission (80) présente une largeur (W) comprise entre 0,1 mm et 10,0 mm. Dispositif (10) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel chaque ligne de transmission (80) présente une épaisseur (H) comprise entre 1 µm et 1mm. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le substrat (40) présente une épaisseur (E2) comprise entre 0,1 mm et 10,0 mm. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le substrat (40) est réalisé en un matériau présentant une permittivité relative comprise entre 1,1 et 10,0, de préférence sensiblement égale à 3,7.