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Etre
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Est-a
(5)
[8][_]
Trou
(5)
[9][_]
DANS
(4)
[10][_]
RPB
(4)
[11][_]
CES
(1)
[12][_]
Physical
(13/ 17)
[13][_]
de 12 GHz
(2)
[14][_]
0,4 millimetres
(2)
[15][_]
de 1,2 GHz
(2)
[16][_]
1,6 millimetres
(2)
[17][_]
2,5 centimetres
(1)
[18][_]
de 25 centimetres
(1)
[19][_]
25 cm
(1)
[20][_]
38 millimetres
(1)
[21][_]
de 2 mm
(1)
[22][_]
12 GHz
(1)
[23][_]
13,4 GHz
(1)
[24][_]
1,2 GHz
(1)
[25][_]
2 GHz
(1)
[26][_]
Molecule
(6/ 15)
[27][_]
DES
(9)
[28][_]
gallium
(2)
[29][_]
phenol
(1)
[30][_]
formol
(1)
[31][_]
A-649
(1)
[32][_]
AsGa
(1)
[33][_]
Polymer
(7/ 10)
[34][_]
Polytetrafluoroethylene
(2)
[35][_]
PTFE
(2)
[36][_]
Rayon
(2)
[37][_]
BAKELITE
(1)
[38][_]
Polyamides
(1)
[39][_]
Polypropylene
(1)
[40][_]
Teflon
(1)
[41][_]
Disease
(1/ 3)
[42][_]
Bruit
(3)
[43][_]
Chemical Role
(1/ 1)
[44][_]
photoresist
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2522885A1
Family ID 8141983
Probable Assignee Thomson Brandt
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title ENSEMBLE DE CIRCUITS HYPERFREQUENCES DU TYPE MICROBANDE,
DESTINES A DES BANDES DE FREQUENCES DIFFERENTES, ET APPLICATION D'UN
TEL ENSEMBLE
EN Title STRIPLINE MICROWAVE CIRCUIT FOR DIRECT SATELLITE BROADCAST
RECEIVER - COMPRISES THIN SUBSTRATE CARRYING SHF AND UHF CIRCUITS ON
SAME FACE, WITH GROUND PLANE ON LOWER FACE
Abstract
_________________________________________________________________
ENSEMBLE DE CIRCUITS MICROBANDE RESPECTIVEMENT DESTINES A DES BANDES
DE FREQUENCES DIFFERENTES.
IL COMPREND: DEUX SUBSTRATS SUPERPOSES 2, 5 D'EPAISSEURS DIFFERENTES
DONT LE PLUS MINCE 2, DANS LA ZONE OU SA FACE INTERNE EST RECOUVERTE
D'UNE METALLISATION CONTINUE FORMANT UN PREMIER PLAN DE MASSE 4 PORTE
SUR SA FACE SUPERIEURE DES CIRCUITS 3 DESTINES AUX FREQUENCES
SUPERIEURES, ET DONT LE PLUS EPAIS 5 SERT A PORTER SUR SA FACE
EXTERIEURE UN SECOND PLAN DE MASSE 6 DANS LA ZONE OU LA FACE EXTERNE
DU SUBSTRAT MINCE 2 PORTE DES CIRCUITS 7 DESTINES AUX FREQUENCES
INFERIEURES. LES PERMITTIVITES RELATIVES DE CES SUBSTRATS 2, 5 SONT
EGALEMENT CHOISIES EN FONCTION DES LONGUEURS D'ONDES.
APPLICATION A DES RECEPTEURS HYPERFREQUENCES A DOUBLE CONVERSION, OU
LE SIGNAL RECU EST DANS LA BANDE DES ONDES CENTIMETRIQUES ET OU LA
PREMIERE FREQUENCE INTERMEDIAIRE EST DANS LA BANDE DES ONDES
DECIMETRIQUES.
The thin substrate carries microstrip SHF and UHF circuits on the same
face. A ground plane is carried on its lower face against which is a
thicker substrate with a ground plane on its lower face. Rivets ensure
mechanical and electrical connection of circuit layers. The SHF
circuits comprise sections of high impedance line in thin strips which
permits provision of inductive reactances of high value. Metallisation
with large dimensions provide decoupling capacities while wide
metallic strips provide high impedances for resonant circuits. Small
dimension areas (34) allow transistors to be connected. The UHF
circuits have similar metallic strips for high and low impedances.
Metallic strips on the lower face of the thick substrate permit power
distribution to the circuits.
Description
_________________________________________________________________
ENSEMBLE DE CIRCUITS HYPERFREQUENCES
DU TYPE MICROBANDE,
DESTINES A DES BANDES DE FREQUENCES DIFFERENTES,
ET APPLICATION D'UN TEL ENSEMBLE.
La presente invention concerne un ensemble de circuits hyperfrequence
de type microbande qui sont destines a fonctionner respectivement dans
au moins deux bandes de frequences differentes, par exemple, I'un dans
la bande des ondes centimetriques et l'autre dans la bande des ondes
decimetriques. Elle se rapporte egalement a une application d'un tel
ensemble de circuits a un recepteur microondes destine, par exemple, a
la reception directe de signaux (de television) diffuses par
l'intermediaire de satellites geostationnaires pour constituer
l'environnement des elements actifs (transistors hyperfrequence et
UHF, par exemple) equipant la tete haute-frequence (amplificateurs
radio- frequence, convertisseur et amplificateurs de frequence
intermediaire).
Dans un circuit en microbande, on choisit generalement la nature et
l'epaisseur du substrat dielectrique en fonction de la bande de
frequences pour laquelle il est destine. Plus precisement, pour un
circuit en microbande a constantes reparties, I'epaisseur du
dielectrique doit representer une faible fraction de la longueur
d'onde sur la ligne (Ag); par consequent, dans la bande autour de 12
GHz (SHF) ou la longueur d'onde dans le vide A o est d'environ 2,5
centimetres, on choisira un dielectrique a plus faibles pertes et de
plus faible epaisseur (0,4 millimetres par exemple) que dans la bande
autour de 1,2 GHz (UHF) ou la longueur d'onde dans le vide N est de 25
centimetres environ, ou l'epaisseur du dielectrique choisi peut etre
notablement superieure (1,6 millimetres par exemple).
Une tete haute-frequence (a facteur de bruit reduit) d'un recepteur
hyperfrequence comprend, par exemple, en cascade: un amplificateur
radio-frequence a deux etages amplifiant le signal recu dans la bande
des ondes centimetriques, un convertisseur heterodyne compose d'un
oscillateur local (a frequence fixe) et d'un melangeur et transposant
la frequence du signal d'entree vers une frequence intermediaire
inferieure, situee, par exemple, dans la bande des ondes
decimetriques, ou le gain des amplificateurs est plus eleve tout en
permettant de transmettre des signaux dans une large bande de
frequences, et un amplificateur de frequence intermediaire egalement a
deux etages.L'amplificateur radio-frequence, le circuit d'entree du
melangeur et l'oscillateur local comportent des filtres (circuits
resonants) et d'autres reactances (capacitives et inductives)
realisees sous la forme de constantes reparties en microbande sur un
premier substrat dielectrique permettant de travailler dans la bande
des ondes centimetriques, tandis que le circuit de sortie du melangeur
et l'amplificateur de frequence intermediaire fonctionnant dans la
bande des ondes decimetriques (L ou UHF) comprennent des elements en
microbande realises sur un second substrat de plus grande epaisseur,
ce qui implique egalement que les troncons de ligne formes a l'aide de
bandes conductrices doivent y presenter des dimensions (largeur et
longueur) superieures.
La realisation de bonnes liaisons electriques et mecaniques entre deux
ou plusieurs substrats d'epaisseurs differentes presente des
difficultes que l'on peut resoudre soit en utilisant un support
mecanique supplementaire auquel on fixe (colle ou soude) les
differents substrats, soit en realisant sur un meme substrat dont
l'epaisseur est au moins egale a celle du substrat de la plus grande
epaisseur, des zones d'epaisseurs differentes en forme de gorges,
d'evidements ou de cuvettes (voir US-A-3 879 690, par exemple) par
usinage ou moulage.Ces differentes solutions presentent des
inconvenients en ce qui concerne leur cout de fabrication eleve soit
en main d'oeuvre, soit en outillage specifique (moules), et posent des
problemes de fiabilite de l'adhesion des couches metalliques et
necessitent l'utilisation de procedes de photolithographie
(photogravure au moyen de vernis sensibles a la lumiere appeles
"photoresist") aux endroits des transitions entre les differentes
epaisseurs (notamment sur les aretes).
La presente invention permet de pallier les inconvenients et d'eviter
les defauts susmentionnes inherents aux solutions de l'etat anterieur
de la technique.
L'invention a pour objet un ensemble de circuits en microbande destine
a fonctionner dans des bandes de frequences differentes et compose
d'un assemblage d'au moins deux substrats dielectriques superposes.
Suivant l'invention, cet ensemble de circuits en microbande est
caracterise en ce que ces substrats ont des epaisseurs et des
permittivites relatives differentes qui sont respectivement choisies
en fonction des longueurs d'onde des signaux que transmettent les
circuits en microbande qui recouvrent l'une au moins des faces
exterieures de cet assemblage.
Un autre objet de l'invention est constitue par une application d'un
tel ensemble de circuits a une tete haute-frequence d'un recepteur
microonde.
L'invention sera mieux comprise et d'autres de ses objets,
caracteristiques et avantages ressortiront de la description qui suit
et des dessins annexes s'y rapportant, donnes a titre d'exemple, sur
lesquels:
- la figure 1 est une coupe en elevation schematique d'un ensemble de
circuits en microbande permettant d'illustrer le principe de
l'invention;
- les figures 2a, 2b, 2c, 2d et 2e montrent, en coupe, cinq
configurations possibles qu'un tel ensemble permet de realiser;
- la figure 3 illustre en coupe un mode de realisation d'un ensemble
de circuits destine a fonctionner dans deux bandes de frequences
differentes avec des liaisons entre differentes couches conductrices;
- la figure 4 est un schema synoptique d'une tete hautefrequence d'un
recepteur microonde qui constitue une application possible d'un tel
ensemble de circuits; et
- les figures Sa et 5b sont respectivement des coupes axiale en
elevation et transversale selon le plan AA du precedent, illustrant un
mode d'agencement possible de la transition 10 entre le guide
circulaire GOC et le circuit SHF 3 en microbande permettant de relier
l'antenne au circuit electronique de la partie amont, externe du
recepteur hyperfrequence (microonde).
Sur la figure I, on a represente en coupe un ensemble de circuits en
microbande 1 destine a deux bandes de frequences differentes,
notamment SHF (super-hautes frequences aux alentours de 12 GHz, par
exemple) et UHF (ultra-hautes frequences autour de 1,2 GHz, par
exemple), ou le rapport des frequences centrales respectives des deux
bandes est de 10 environ. Un tel ensemble comprend deux substrats
assembles dont le plus mince 2 est destine a porter sur une partie
(zone de gauche) de sa face superieure les circuits en microbande SHF
(ondes centimetriques) representes par une premiere metallisation
portant le repere 3. La face inferieure du substrat mince 2 porte une
seconde metallisation 4 presqu'ininterrompue qui constitue le plan de
masse pour les circuits
SHF en microbande.La seconde metallisation 4 n'est deposee que du cote
oppose a ces dernieres, car epaisseur du substrat mince 2 est mal
adaptee pour la realisation de troncons de ligne ayant des impedances
adequates pour la bande de frequences UHF (ondes decimetriques).
Dans le mode de realisation prefere de l'ensemble de circuits en
microbande destines a deux frequences differentes, les circuits
destines a la bande UHF sont representes par une troisieme
metallisation 7 egalement deposee sur la face superieure du substrat
mince 2, situee dans l'autre partie (zone de droite) de celle-ci. La
face du substrat mince 2, qui est du cote oppose a cette zone de
metallisation, est epargnee, c'est-a-dire nue ou non recouverte de
couche conductrice. Un second substrat 5 de plus grande epaisseur est
applique par sa face superieure nue contre la face inferieure du
premier substrat 2 qui porte du cote gauche le plan de masse 4 des
circuits SHF.La fixation de l'assemblage des deux substrats 2 et 5
prealablement munis de leurs metallisations selon la technique
classique des circuits imprimes, est effectuee, par exemple, au moyen
de rivets (oeillets) et/ou d'une colle en resine polymerisante
electriquement isolante (non representes sur la figure 1).
L'assemblage peut egalement etre realise a l'aide d'agrafes ou de
clous soudes. Certains de ces rivets peuvent servir de moyen
d'interconnexion entre les metallisations respectives de la face
inferieure du substrat epais 5 et de la face superieure du substrat
mince 2, comme il sera explique plus loin. La face inferieure du
substrat epais 5 est munie d'une quatrieme metallisation 6 qui, afin
de constituer le plan de masse des circuits UHF (ondes decimetriques),
est disposee en regard de la metallisation 7 de la face superieure du
substrat mince 2 (a la verticale de la zone 8 ou sa face inferieure
est epargnee).
La face inferieure du substrat epais 5 dans la zone 9 situee sous les
metallisations 3 et 4 du substrat mince a ete representee comme
epargnee (nue). Elle peut toutefois etre utilisee pour porter, par
exemple, des circuits (integres) d'alimentation et de polarisation en
tensions continues (regulateurs), des elements de liaison et forme de
bandes metalliques reliant ces dernieres aux electrodes des elements
actifs, des zones metallisees servant de condensateurs de decouplage
et, eventuellement, un oscillateur local a frequence fixe contenu dans
une cavite metallique fermee, ou une couche de masse supplementaire
sans fonction particuliere.
Le substrat mince 2 dont l'epaisseur peut etre choisie egale a 0,4
millimetres (1"/64), est realise en un materiau isolant presentant de
faibles pertes dielectriques, et une bonne rigidite mecanique, tel
qu'un tissu de fibres de verre impregne (ou noye dans une matrice) de
polytetrafluoroethylene qui presente une permittivite relative r de
2,65 environ (voir ouvrage britannique de HARVEY intitule "MICROWAVE
ENGINEERING", publie par "ACADEMIC PRESS" en 1963). Le substrat plus
epais 5 dont l'epaisseur peut etre choisie egale a 1,6 millimetres
(1"/16), par exemple, est realise en un materiau isolant moins
performant et moins couteux, couramment disponible, tel qu'un compose
a base d'une resine phenolique (phenol-formol) commercialise sous la
denomination de "BAKELITE", bien connu, dont la permittivite relative
r de 4,8 environ, est relativement elevee.Ceci presente un avantage en
ce qui concerne la realisation des circuits en microbande pour la
bande
UHF dont le substrat resulte de la superposition du substrat mince 2
et du substrat epais 5 avec, eventuellement, une faible couche de
colle (epoxyde-r r = environ) ou d'air entre leurs faces en regard et
dont la permittivite relative resultante est comprise entre celles des
deux materiaux, ponderees suivant leurs epaisseurs respectives, car la
longueur. d'onde sur une ligne en microbande est inversement
proportionnelle a la racine carree de la permittivite relative du
substrat qui la porte, de telle sorte qu'une longueur de quart-d'onde
a la frequence intermediaire de 1,2 CHz (25 cm) se reduit a 38
millimetres environ (au lieu de 62,5).
On notera ici que l'on peut choisir des materiaux des substrats et des
epaisseurs autres que ceux mentionnes cidessus. I1 est evident que
plus la frequence sera elevee ou la longueur d'onde courte, plus on
aura avantage a reduire l'epaisseur et la permittivite relative du
substrat (resines du type "fluorocarbonsn - PTFE,FEP polyamides,
polypropylene). Par contre, pour la partie inferieure de la bande UHF
(ondes decimetriques), on a avantage a utiliser des. substances
dielectriques de permittivite elevee (mica - verre, ceramiques).
En resume, on peut remarquer que l'utilisation d'un substrat de faible
epaisseur en un materiau dielectrique a permittivite relative faible,
est interessante pour la realisation de circuits en microbande dans la
bande des ondes centimetriques. Par contre, dans la bande des ondes
decimetriques, un substrat dont l'epaisseur est un multiple de celle
du precedent et dont la permittivite relative est aussi elevee que
possible, est d'une utilisation avantageuse.
Suivant un mode de realisation de l'invention, on assemble donc deux
substrats d'epaisseurs et de permittivites relatives differentes pour
realiser un ensemble de circuits en microbande dont deux parties
doivent fonctionner dans deux bandes de frequences differentes. Dans
la zone ou la face superieure du substrat plus mince porte le circuit
de la bande superieure, son autre face est recouverte d'un premier
plan de masse et dans la zone ou cette face superieure porte le
circuit de la bande inferieure, la face inferieure du substrat plus
mince est nue et celle du substrat plus epais est recouverte d'un
second plan de masse, la face superieure du substrat plus epais etant
laissee nue (epargnee) dans tous les cas.
Sur les figures 2a a 2e, on a represente en coupe cinq configurations
possibles d'un ensemble de circuits en microbande devant fonctionner
dans deux bandes de frequences, respectivement differentes et realise
au moyen de deux substrats dielectriques superposes d'epaisseurs et de
permittivites relatives choisies en fonction des longueurs d'ondes
respectives.
Sur la figure 2a, on a reproduit le cote gauche de la figure 1,
c'est-a-dire le circuit microbande pour la bande des frequences
superieures (SHF), ou uniquement le substrat plus mince 2 est pourvu
de metallisations 3, 4 dont la premiere represente le cote circuit
SHF (ou actif) et dont la seconde est le cote masse (SHF).
Sur la figure 2b, on a reproduit le cote droit de la figure 1, ou les
substrats 2, 5 sont assembles par leurs faces epargnees (nues) par (ou
sans) l'intermediaire d'une couche dielectrique 8 de colle ou d'air et
ou les metallisations 7 et 6 sont respectivement portees par leurs
faces tournees vers l'exterieur, la metallisation 7 etant le cote
circuit UHF et l'autre 6 le cote masse (UHF). Dans ce cas,
I'epaisseur de l'assemblage est au moins egale a la somme des
epaisseurs respectives des deux substrats (plus de 2 mm).
Sur la figure 2c, on a represente une troisieme configuration
possible, qui peut etre combinee avec la premiere (de la figure 2a) et
ou le cote actif -UHF 70 est porte par la face inferieure du substrat
epais 5 et le cote masse 40 est porte, soit par la face inferieure du
substrat mince 2, lorsqu'il est commun aux deux circuits (SHF et UHF),
soit par la face superieure du substrat epais 5, lorsqu'il est destine
uniquement au circuit UHF.
Sur la figure 2d, on a represente une quatrieme configuration, ou le
cote masse 41 est commun aux deux circuits SHF et UHF respectivement
portes par les faces superieure du substrat mince 2 et inferieure du
substrat epais 5. La metallisation 41 cote masse est alors portee,
soit uniquement par la face inferieure du substrat mince 2, soit par
les faces en regard respectives des deux substrats 2, 5. 1l faut alors
prevoir une traversee adaptee (a rapport d'ondes stationnaires proche
de l'unite), eventuellement coaxiale, pour reunir la sortie du
melangeur a l'entree de la chaine d'amplification a frequence
intermediaire (UHF) qui se trouvent disposes sur les faces exterieures
des deux substrats 2, 5 reunis avec le plan de masse 41 situe a leur
interface, qui comprend une lacune circulaire, coaxiale avec la tige
conductrice de liaison constituant l'ame de la traversee.
Sur la figure 2e, on a represente en coupe une autre configuration qui
est l'inverse de celle de la figure 2b, ou le plan de masse 60 est
constitue par la metallisation de la face superieure du substrat mince
2 et ou le circuit microbande UHF represente par la metallisation 72,
est porte par la face inferieure du substrat epais 5. Les autres faces
des substrats 2, 5 qui sont mises en regard ou en contact lors de leur
assemblage, restent nues.
A la difference des circuits imprimes multicouches connus, les
metallisations actives 3, 30 et 7, 70 a 72 sont des circuits de type
microbande respectivement destines a des gammes d'ondes differentes et
les substrats assembles presentent des epaisseurs, des permittivites
et des qualites (isolement, pertes dielectriques) differentes,
respectivement adaptees a la gamme d'onde de fonction ment.
La figure 3 illustre par une coupe en elevation un exemple d'execution
du mode de realisation prefere de l'invention, ou les circuits en
microbande SHF et UHF sont disposes du meme cote du substrat mince 2
et ou leurs plans de masse 4 et 6 respectifs sont portes par les faces
inferieures des substrats mince 2 et epais 5 (de facon analogue a la
figure 1).
Les circuits SHF 3 comprennent des troncons de ligne a haute impedance
32 en ruban mince (de largeur inferieure a l'epaisseur du substrat 2)
qui permettent de realiser des reactances inductives de valeurs
elevees, equivalentes a des bobines de choc, servant a isoler
l'electrode d'un element actif en ce qui concerne l'onde SHF.Ils
comprennent egalement des metallisations 31 de plus grandes dimensions
(de longueurs et largeurs tres superieures a l'epaisseur du substrat 2
ou encore comparables a la longueur d'onde dans le substrat, par
exemple) qui constituent avec le plan de masse 4 situe sur l'autre
face du substrat mince 2, des capacites de decouplage et des rubans
metalliques 33 dont les largueurs peuvent etre comprises, par exemple,
entre la moitie et le double de l'epaisseur du substrat, pour obtenir
des impedances caracteristiques de plusieurs dizaines ou d'une
centaine d'ohms, et dont les longueurs sont des multiples entiers du
quart de la longueur d'onde sur la ligne, qui constituent des circuits
resonants a elements repartis.D'autres ilots 34 metallises de petites
dimensions, rectangulaires ou carres, permettent d'effectuer la
fixation des boitiers des transistors a effet de champ et la liaison
entre leurs sources et la masse 4 (SHF). Au moins un ilot
rectangulaire 43 permet l'interconnexion des deux masses 4 et 6 a
l'aide de deux rivets 92, 93. En variante a la place de rivets on
prevoit des clous ou des languettes soudees. Les deux substrats 2, 5
sont traverses de part en part par deux trous paralleles passant par
deux endroits de l'ilot 43 situe a la limite entre la zone 3 reservee
aux circuits SHF et celle 7 reservee aux circuits UHF. Le trou 91 dans
le substrat epais 5, situe du cote du circuit SHF 3 est elargi afin de
constituer une ouverture suffisante pour le passage de la tete
inferieure du rivet court 92 qui s'appuie sur le plan de masse
SHF 4.L'autre tete de ce rivet 92 est pressee contre l'ilot 43 qui est
ainsi relie a la masse 4. Le corps (tige) du rivet long 93 dont la
tete superieure prend appui sur l'ilot 43 et dont la tete inferieure
s'applique contre le plan de masse UHF 6, traverse l'assemblage de
substrats superposes de part en part.
Le circuit UHF 7 comprend egalement des lignes de forte impedance 75
(faible largeur) pour realiser des reactances inductives, des troncons
de ligne de largeur moyenne 74 (environ egale a la moitie de la somme
des epaisseurs des deux substrats) permettant de realiser des lignes
paralleles couplees et des troncons de ligne de basse impedance 73
(dont la largeur peut, par exemple, atteindre jusqu'au double de
l'epaisseur des deux substrats assembles) pour realiser des troncons
d'adaptation d'impedance d'un quart d'onde, par exemple.
Lorsque des conducteurs de distribution 56 des tensions continues sont
disposes sur la zone 9 de la face inferieure du substrat epais 5, qui
n'est pas utilisee pour le plan de masse UHF 6, chacun de ces
conducteurs peut etre relie a une aire metallisee 55 en bordure de
cette face, sous un condensateur de decouplage 31 situe sur la face
superieure du substrat mince 2. Cette aire 55 forme avec le plan de
masse SHF 4 pris entre les deux substrats 2 et 5, une capacite
supplementaire qui est avantageusement reliee en parallele a
l'armature chaude de la capacite de decouplage 31 formee par l'aire
metallisee situee du cote oppose de l'assemblage des substrats.
Pour effectuer la liaison electrique entre ces deux aires 31, 55 sans
liaison a la masse UHF 4 (ou commune 41), on amenage dans celle-ci une
zone circulaire epargnee 80 de diametre superieur a ceux des rivets
utilises pour la liaison conductrice, dont le centre est situe
approximativement sur l'axe reunissant les centres respectifs des
aires 31, 55. Les deux substrats 2, 5 assembles sont perces de trous
les traversant de part en part et passant par ces centres pour
permettre le passage d'un rivet 90 dont les tetes sont en contact avec
les metallisations de ces aires 31, 55. Des rivets de ce type
permettent ainsi d'assurer, d'une part, la transmission entre les
plans de masse differentes et d'autre part, les interconnexions entre
des revetements metalliques respectivement disposes sur les cotes
opposes du substrat composite (une telle utilisation de rivets a ete
mentionnee, par exemple, dans la publication GB-A-649 398), notamment,
pour amener des tensions d'alimentations et/ou de polarisation
continues aux elements actifs equipant les circuits dont les elements
passifs sont en microbande. Une autre fonction de ces rivets (90, 93)
est d'assurer la tenue mecanique de l'assemblage des substrats 2, 5,
lorsqu'ils ne sont pas colles. Dans ce cas, il est indispensable de
disposer un certain nombre de ces rivets notamment a la peripherie de
cet assemblage.
On notera ici que l'ensemble de circuits en microbande suivant
l'invention peut comporter plus de deux substrats superposes, de
materiaux et d'epaisseurs differents.
La figure 4 est un schema synoptique (bloc diagramme) d'une
application d'un ensemble de circuits en microbande suivant
l'invention, constituee par la partie amont d'un recepteur d'ondes
centimetriques, tel qu'utilise pour la reception directe des signaux
de television diffuses par des satellites geostationnaires. Une telle
partie amont generalement appelee tete haute-frequence ou
radiofrequence, est avantageusement disposee tout pres de l'antenne
exterieure qui doit etre tres directive (gain eleve), afin de limiter
la longueur du trajet des ondes centimetriques entre l'antenne et
l'entree de l'amplificateur SHF, car l'attenuation subie par la
porteuse SHF modulee diminuera le rapport du signal sur le bruit du
recepteur, c'est-a-dire e n augmentera d'autant le facteur de bruit
d'autant.Une telle tete haute-frequence est egalement applicable a
d'au tes liaisons hertziennes par ondes centimetriques, par satellites
ou non.
L'antenne directive de reception ANT representee ici est du type
Cassegrain bien connu. Elle comprend un reflecteur parabolique
RPB (dont la surface reflechissante constitue un paraboloide de
revolution) dans le foyer duquel on a dispose un sous reflecteur
hyperbolique SRH qui renvoie les ondes electromagnetiques atteignant
le reflecteur RPB vers le cornet de reception COR comprenant une
surface conductrice tronconique dont le diametre decroit graduellement
jusqu'a atteindre celui du guide d'onde de section circulaire GOC qui
alimente l'entree de la tete HF contenue dans un boitier etanche a
l'humidite, fixe a l'arriere du reflecteur RPB.
Cette entree est constituee par une transition guide-microbande 10
adaptee dont la sortie alimente entree de signal d'un preamplificateur
radio-frequence 11 equipe de transistors a effet de champ en arseniure
de gallium (AsGa) avec grille a barriere de Schottky (MESFET). La
sortie du preamplificateur 11 alimente entree de signal d'un melangeur
heterodyne 12 dont une autre entree est alimentee par un oscillateur
local 13 a frequence fixe, afin de transposer la porteuse modulee
recue de la bande des ondes centimetriques (12 GHz) dans la bande des
ondes decimetriques (1,2
GHz). L'oscillateur local 13 fonctionnera donc egalement dans la bande
des ondes centimetriques (10,8 ou 13,4 GHz).
Les circuits qui constituent l'environnement des transistors a effet
de champ du preamplificateur 11 et les deux circuits d'entree du
melangeur 12 sont realises en microbande dans la zone SHF 3 de
l'assemblage illustre sur la figure 3, c'est-a-dire dans la zone ou la
face inferieure (occultee) du substrat mince 2 (a faible permittivite)
est munie d'un revetement conducteur formant plan de masse 4.
La sortie du melangeur 12 est couplee a l'entree d'un amplificateur de
frequence intermediaire (FI) 14 dont la bande passante de plusieurs
centaines de MHz est centree sur 1,2 GHz. L'element de couplage
comprend, de preference, un filtre passe-bas en microbande permettant
d'eliminer les frequences superieures a 2 GHz environ. L'amplificateur
FI 14 fonctionnant dans la bande UHF peut egalement etre realise a
l'aide de circuits en microbande qui constituent l'environnement des
transistors UHF bipolaires ou a effet de champ qui l'equipent. Ces
circuits sont toutefois realises dans la zone UHF 7 de la figure 3,
d'ou le revetement metallique entre les deux substrats 2,5 superposes
est absent et ou la face inferieure du substrat epais 6 de
permittivite plus elevee est revetue d'une metallisation 6 formant le
plan de masse UHF.
La sortie de l'amplificateur Fl 14 est couplee par un filtre
passe-haut (C) faisant partie d'un element d'aiguillage 16, a l'ame
d'un cable coaxial 17 qui le reunit a l'entree de la partie amont ou
de l'unite interieure du recepteur (non representee). L'element
d'aiguillage 16 comporte, en outre, un filtre passe-bas (L), qui
permet d'utiliser le cable coaxial 17 egalement pour alimenter par une
tension continue (ou alternative) le circuit d'alimentation 15 de la
partie amont du recepteur, qui peut etre monte sur une partie
inutilisee de l'un des substrats (par exemple, sur la zone 9 du
substrat 5).
Les figures Sa et 5b illustrent en coupes respectivement axiale en
elevation et transversale selon le plan AA de la transition entre le
guide circulaire GOC et le circuit SHF en microbande 3.
L'extremite du guide d'onde GOC aboutit a une metallisation annulaire
38 pratiquee sur la face superieure du substrat mince 2, dont le
diametre interieur correspond a celui du guide GOC et dont le diametre
exterieur depasse celui du guide GOC afin de permettre la realisation
eventuelle d'un cordon de soudure 39 qui assure la liaison electrique
entre le guide GOC et la masse 4 qui est amenee a l'anneau 38 au moyen
d'un rivet de transfert de masse 92 entre la couche de masse 4 et
l'aire metallisee 37.
L'extremite du guide d'onde circulaire GOC est pourvue, d'une part, de
prolongements en forme de languettes 11 et d'autre part, d'evidements
en forme de creneaux qui servent respectivement a son raccordement
electrique a une coupelle de terminaison cylindrique 12 obturee par un
fond 13 (de court-circuit) et dont la paroi laterale 14 presente
egalement des prolongements en forme de languettes 15 et des
evidements en forme de creneaux. Ces languettes et creneaux sont
respectivement disposees de maniere alternee et regulierement espacee
sur les extremites respectives du guide GOC et de la coupelle 12 afin
que les languettes de l'un puissent s'inserer dans les creneaux de
l'autre et vice versa.
A l'endroit de la transition 10, le substrat epais 5 est perce d'une
ouverture circulaire 50 dont le diametre est au moins egal au diametre
exterieur de la coupelle 12 afin que celle-ci puisse etre amenee au
contact avec le plan de masse 4 de la face inferieure du substrat
mince 2 qui est depourvue de metallisation sur une aire circulaire
delimitee par la paroi interieure de la coupelle 12 qui est en
prolongement de celle du guide GOC. La face superieure de ce substrat
2 est egalement epargnee survune zone 16 delimitee par la paroi
interieure du guide GOC de telle sorte que les ondes qui s'y propagent
puissent traverser le substrat mince 2 pour atteindre la coupelle 12
afin d'etre reflechies par son fond 13.
Le substrat mince 2 est muni, a la limite de la zone 16, de fentes en
forme d'arcs de cercle regulierement espaces, de facon a permettre le
passage des languettes Il et 15 respectives du guide d'onde GOC et de
la coupelle 12 qui les traversent afin qu'en s'inserant dans les
creneaux elles etablissent une liaison galvanique entre ces deux
elements (GOC, 12).
On notera ici que ces languettes et creneaux peuvent avoir des formes
autres que rectangulaires, tels que des profils triangulaires ou
trapezoldaux, par exemple. Par ailleurs, la liaison galvanique entre
le guide GOC et le troncon de court-circuit deporte qu'est la coupelle
12 peut etre assuree par d'autres moyens, tels que des languettes de
prolongement dont les sections radiales (par un plan passant par l'axe
longitudinal commun du guide GOC et de la coupelle 12) respectives
sont biseautees de telle sorte que leurs interfaces forment une
surface tronconique et qu'elles se recouvrent mutuellement, de
preference, de facon alternee, lorsqu'elles sont inserees dans la meme
fente du substrat mince 2.La metallisation 6, 60 du substrat epais 5
entourant le trou 50 servant a l'insertion de la coupelle 12, peut
etre egalement reunie au pourtour de la paroi laterale 14 de celle-ci
par un autre cordon de soudure 61.
On remarquera ici que le contact galvanique entre le guide d'onde
(GOC) et la coupelle 12 assure ici au moyen de languettes traversant
des fentes dans le substrat mince 2, peut etre remplace par un
court-circuit hyperfrequence par exemple, en choisissant la largeur de
la metallisation annulaire 38 ou celle d'une collerette conductrice
(non representee) en saillie radiale a l'extremite du guide (GOC)
fixee a la face superieure du substrat mince 2 de telle sorte qu'elle
constitue un court-circuit sans contact galvanique pour la bande de
frequences SHF a recevoir.
Le couplage entre le guide GOC et la face active du circuit en
microbande SHF 3 est effectue au moyen d'un revetement metallique 17
qui penetre a l'interieur de la zone 16 par une ouverture en forme de
tunnel 18 (echancrure en demi-cercle) pour constituer une sonde. La
sonde 17 est, de preference, constituee par une metallisation de la
face superieure du substrat mince 2 en forme de secteur de cercle (ou
quasi-triangulaire) dont l'angle d'ouverture influe sur la largeur de
bande dans laquelle la transition 10 est adaptee. Cette sonde 17
presente une forme analogue a une section axiale dune "carotte". Son
extremite peripherique est reliee par un troncon de microbande 19 a la
grille G d'un premier transistor a effet de champ et a grille a
barriere de Schottky (MESFET) en arseniure de gallium (non represente)
et a un troncon d'adaptation d'impedance 28 de longueur d'un quart
d'onde. ta distance entre les plans de la sonde 17 et du court-circuit
constitue par le fond 13 de la coupelle est d'une demi-longueur d'onde
environ, un calcul classique permettant d'optimiser l'adaptation dans
la bande de largeur desiree, en tenant compte du dephasage subi par
l'onde en traversant l'epaisseur du substrat mince 2 dont la
permittivite relative est toujours superieure a celle de l'air.
Le drain D du premier transistor MESFET est relie a un troncon de
ligne de quart d'onde 33A d'impedance determinee, d'une part, et par
une ligne de haute impedance 32A (etroite, equivalente a une bobine de
choc) a une premiere surface en demi cercle 35 dont le rayon est d'un
quart d'onde environ et ensuite par un autre troncon etroit 32B a une
seconde surface 36 semi-circulaire dont le rayon est d'une demi
longueur d'onde environ. Cette seconde surface 36 est reliee par un
troisieme troncon etroit 32C a l'armature chaude de la capacite de
decouplage 31 (voir figure 3) qui est reliee par le rivet de
traversee, notamment, a la source de tension d'alimentation du drain
(+ VDD), la tension de polarisation regulee de la grille G etant
appliquee a celle-ci au moyen d'un circuit de decouplage analogue.La
source et le boitier du transistor MESFET sont relies au plan de masse
SHF 4 au moyen de deux petites surfaces metallisees de forme
rectangulaire S, B.
La ligne resonante 33A est couplee a une ligne parallele de longueur
comparable 33B dont l'extremite eloignee du drain du premier
transistor est reliee a la grille du second (ces deux lignes
paralleles couplees etant separees par une mince fente dont la largeur
determine le couplage et, par consequent, la bande passante du filtre
passe-bande qu'elles forment ensemble).
En resume, la transition guide-microbande (10) qui permet le couplage
entre le cornet d'antenne (COR) et la partie amont du recepteur
realisee sur l'ensemble de circuits en microbande (1), incorpore une
partie du substrat mince (2) dispose normalement a l'axe longitudinal
du guide d'onde (GOC) qui aboutit sur une metallisation annulaire (38)
de l'une des faces de ce substrat (2) et dont un prolongement (12)
termine par un court-circuit (13) aboutit sur une metallisation (4) de
l'autre face de ce dernier (2), les zones (16) des deux faces du
substrat mince (2) delimitees par les parois internes des deux
troncons de guide (GOC, 14) sont depourvues de metallisation a
l'exception d'un secteur de cercle allonge formant sonde (17), afin de
permettre la transmission des ondes a travers le substrat jusqu'au
court-circuit (13).
Rien n'empeche l'inversion du substrat compose (2-5) par rapport a
l'ensemble guide (GOC) - prolongement obture (12). Dans ce cas, la
sonde (17) qui est situee sur la face active du substrat mince (2)
serait tournee vers la terminaison en court-circuit (13) du
prolongement (14), l'ouverture (18) menageant son passage isole serait
alors pratiquee a un endroit de l'extremite ouverte du prolongement.
Des dispositions analogues peuvent etre prises avec un guide d'onde
rectangulaire ou d'autres types de transition guide-microbande connus
peuvent etre utilises, qui interesseraient uniquement le substrat
mince 2.
I1 est egalement possible d'utiliser une transition guide-microbande
du type dans lequel la sonde qui penetre par une extremite a
l'interieur du guide d'onde traversera une paroi de celui-ci au milieu
d'un trou circulaire dans lequel elle est maintenue centree au moyen
d'un manchon en PTFE (teflon). L'autre extremite de la sonde est
raccordee a l'entree de l'amplificateur radio-frequence (11, figure 4)
par l'intermediaire d'un circuit d'adaptation en microbande situe dans
la zone SHF de la face exterieure du substrat mince (2). Dans ce cas
les deux substrats superposes (2, 5) comportent des trous alignes
permettant le passage du guide d'onde qui peut comporter une
collerette munie de trous permettant sa fixation a l'assemblage des
substrats superposes, d'une part, et sa connexion a l'un et/ou a
l'autre plan de masse (4, 6), d'autre part, au moyen de rivets.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Ensemble de circuits en microbande destine a fonctionner dans des
bandes de frequences differentes et compose d'un assemblage d'au moins
deux substrats dielectriques superposes (2, 5), caracterise en ce que
ces substrats (2, 5) ont des epaisseurs et des permittivites relatives
differentes qui sont respectivement choisies en fonction des longueurs
d'onde des signaux que transmettent les circuits en microbande qui
recouvrent l'une au moins des faces exterieures de l'assemblage.
2. Ensemble de circuits suivant la revendication 1, caracterise en ce
que l'un des substrats superposes (2) est muni sur sa face en contact
avec l'autre substrat (5) d'une couche de revetement metallique
etendue formant plan de masse (4).
3. Ensemble de circuits suivant la revendication 2, caracterise en ce
qu'un premier circuit en microbande, destine a la bande des frequences
superieures (de longueurs d'ondes inferieures) est realise sur une
zone (3) de la face exterieure du substrat mince (2) a Laide de
surfaces en revetement conducteur (3, 30 A 33) de forme et de
dimensions diverses, le plan de masse (4) recouvrant l'autre face de
ce substrat (2).
4. Ensemble de circuits suivant la revendication 3, caracterise en ce
qu'un second circuit en microbande destine a la bande des frequences
inferieures (de longueurs d'onde superieures) est realise sur une
autre zone (7) de face exterieure du substrat mince (2) dont l'autre
face est depourvue de metallisation dans cette zone (8) et en ce que
la face exterieure du substrat epais (5) est recouverte, dans une zone
correspondant a cette autre zone (7), d'une couche de revetement
metallique formant un autre plan de masse (6), de telle sorte que le
substrat dielectrique du second circuit est forme par la superposition
des deux substrats (2, 5).
5. Ensemble de circuits suivant la revendication 3, caracterise en ce
qu'un second circuit (7) en microbande destine a la bande des
frequences inferieures est realise sur la face exterieure du substrat
epais (5), le plan de masse (4) recouvrant la face interieure du
substrat mince (2) et mis en contact avec celle nue du substrat epais
(5) etant commun aux deux circuits (3, 7).
6. Ensemble de circuits suivant l'une des revendications precedentes,
caracterise en ce que la liaison entre deux aires metallisees (31, 55)
respectivement situees sur les faces opposees de l'assemblage des deux
substrats (2, 5) est effectuee au moyen de rivets (90) et en ce que le
plan de masse (4) situe a l'interface de deux substrats (2, 5) est
pourvu d'une lacune (80) circulaire sensiblement concentrique avec le
rivet (90) et d'un diametre superieur a celui de la tige de ce
dernier.
7. Ensemble de circuits suivant l'une des revendications 3, 4 et 6,
caracterise en ce que la liaison entre les deux plans de masse (4, 6)
respectifs des deux circuits (3, 7) est effectuee a l'aide d'une aire
de metallisation intermediaire (43) recouvrant la face externe du
substrat mince (2), cette aire (43) etant reliee d'une part, par un
rivet court (92) dont une tete est introduite dans un trou (91) du
substrat epais (5), au premier plan de masse (4), et d'autre part, par
un rivet long (93) dont la tige traverse les deux substrats (2, 5), au
second plan de masse (6).
8. Ensemble de circuits suivant l'une des revendications precedentes,
caracterise en ce que le substrat mince (2) est en un compose de tissu
de fibres de verre et de polytetrafluoroethylene et le substrat epais
(5) est a base d'une resine phenolique.
9. Ensemble de circuits suivant la revendication 8, caracterise en ce
que l'epaisseur du substrat epais (5) est sensiblement egale au
quadruple de celle du substrat mince (2).
10. Application d'un ensemble de circuits suivant l'une des
revendications precedentes a un recepteur de porteuses modulees dans
la bande des ondes centimetriques (SHF), dont la tete hautefrequence
ou partie amont constitue une unite exterieure montee sur le
reflecteur (RPB) de l'antenne de reception directive (ANT) et comporte
une transition guide d'onde-microbande (10) adaptee, transmettant les
porteuses captees a l'entree d'un amplificateur radio-frequence (11),
un melangeur (12) alimente, d'une part, par l'amplificateur
radio-frequence (11) et d'autre part, par un oscillateur local (13),
pour transposer la frequence des porteuses a une frequence
intermediaire situee dans la bande des ondes decimetriques (UHF), un
amplificateur de frequence intermediaire (14) alimente par la sortie
du melangeur (12) et dont la sortie attaque un cable coaxial de
transmission (17), dans lequel les circuits de liaison, d'adaptation,
de couplage, de filtrage et de decouplage respectifs de la transition
(10) et des etages en amont des deux entrees du melangeur (12)
utilisent uniquement le substrat mince (2) dont la face interne porte
le revetement conducteur formant plan de masse (4) et dans lequel ceux
des etages en aval de la sortie du melangeur (12) fonctionnant dans la
bande des ondes decimetriques, utilisent soit les deux substrats
superposes (2, 5) soit uniquement le substrat epais (5).
11. Application suivant la revendication 10, dans laquelle l'interface
(8) entre les deux substrats (2, 5) est depourvue de metallisation
dans la zone (7) de la face exterieure du substrat mince (2) occupee
par les circuits destines a la bande des ondes decimetriques et dans
lequel le plan de masse (6) pour ces circuits recouvre la face
exterieure du substrat epais.
12. Application suivant l'une des revendications 10 et 11, dans
laquelle une zone (16) sensiblement depourvue de metallisation des
deux cotes du substrat mince (2) est incorporee dans la transition
guide-microbande (10).
13. Application suivant la revendication 12, dans laquelle une
extremite du guide d'onde (GOC) aboutit a une premiere surface
metallisee (38) de l'une des faces du substrat mince (2) entourant la
zone epargnee (16) et dans laquelle l'extremite ouverte un troncon de
guide (14) de memes dimensions internes que l'autre (GOC) et termine
sur son autre extremite par une plaque de court- circuit (13) aboutit
a une seconde surface metallisee (4) de l'autre face du substrat mince
(2), les deux surfaces (38, 4) etant electriquement reliees entre
elles soit par des moyens conducteurs, soit par un court-circuit
microonde sans contact galvanique.
14. Application suivant l'une des revendications 12 et 13, dans
laquelle la face exterieure du substrat mince (2) porte dans la zone
(16) delimitee par la circonference interieure du guide (GOC) et du
troncon (12) une metallisation de forme allongee s'etendant de la
peripherie vers le centre et constituant une sonde (17) captant les
ondes qui se propagent dans le guide, une extremite de cette sonde
(17) etant reliee par une bande conductrice (19) qui traverse la paroi
conductrice du guide d'onde (GOC) de maniere isolee par le centre d'un
trou (18) en forme de tunnel, a l'entree de l'amplificateur
radio-frequence (11).
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