CA2259262A1 - Melangeur compact doublement equilibre a quad de tecs froids en technologie mmic - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un mélangeur doublement équilibré à quad (10) de TECs froids (11 à 14). Il comprend des coupleurs à 180~ pour les accès entrée/sortie du quad (10), ces coupleurs étant des coupleurs (21, 22) en .lambda./16 à 3 lignes couplées directement cascadés avec le quad (10). L'invention permet d'obtenir un gain en encombrement d'un facteur 5,4 en bande KU par rapport à un mélangeur à quad de TECs froids employant des coupleurs en .lambda./4.
Description
CA 022~9262 1998-12-23 Mélangeur compact doublement équilibré à quad de TECs froids en technologie MMIC
Le domaine de l'invention est celui des mélangeurs de signaux hautes fréquences. Plus précisément. Ia presente invention concerne un melangeur compact doublement equilibré a quad de TECs froids réalisable notamment en technologie MMIC ~Microwave Monolithic Integrated Circuit).
Un mélangeur a traditionnellement pour fonction de convertir la fréquence d'un signal d'entrée, par exemple un signal radiofréquences RF reçu, en un signal de sortie, par exemple un signal en frequence intermédiaire Fl, grâce à un signal 5 d'oscillateur local LO. On cherche géneralement à obtenir une fréquence FFI dusignal Fl égale à FRF - FLo, avec FRF la fréquence du signal RF et FLo la frequence du signal LO.
Le problème rencontre avec les mélangeurs est que leur signal de sortie est en realité constitué par un spectre de plusieurs frequences:
n~FRF + m FLo avec n et m entiers.
On obtient donc en sortie d'un mélangeur non seulement la fréquence désiree, mais également un ensemble de frequences parasites qu'il convient d'éliminer. A cet effet, on utilise des melangeurs équilibrés comprenant des 15 coupleurs 180~ sur les accès d'entrée (RF) et de sortie (Fl) permettant une combinaison en opposition de phase d'un certain nombre de fréquences parasites.
La figure 1 représente un quad de TECs froids doublement equilibre destine à etre utilisé dans un mélangeur.
Le quad de la figure 1, généralement réferencé par 10, comporte quatre 20 TECs froids 11 à 1 4 formant un pont équilibre. Des tensions de polarisationscontinues Vgs1 et Vgs2, éventuellement identiques, sont appliquées sur les grilles des TECs 11 à 14. Le quad 10 est destiné à melanger un signal radiofréquences RF avec un signal d'oscillateur local OL pour fournir un signal en fréquence intermédiaire Fl. Plus précisément, six accès sont prévus: deux premiers accès 25 d'entree 15 et 16 auxquels doivent etre appliqués un signal rf et ce même signal déphasé de 180~ (rf), deux seconds accès d'entrée 17 et 18 auxquels doivent êtreappliqués le signal d'oscillateur local OL et son complément OL, et deux acces de sortie 19 et 20 fournissant deux signaux fi et fi. Les signaux rf et rf sont issus d'un coupleur 180~ non représenté auquel est applique le signal d'entree RF et les 30 signaux fi et fi sont destines a être combinés, également par un coupleur nonreprésenté, pour fournir un signal de sortie Fl. Habituellement, un réseau ..... . . ., .. . . , . . --, . , CA 022~9262 1998-12-23 d'adaptation- d'impédance à 50 Q est insére entre les accès 15 et 16 et le coupleur d'entrée d'une part et entre les acces 19 et 20 et le coupleur de sortie d'autre part.
Les TECs 11 à 14 fonctionnent en commutateurs, c'est à dire que leurs résistances drain/source présentent soit quelques Q (état passant), soit quelques kQ (état bloqué), en fonction des signaux OL et OL.
Les coupleurs 180~ peuvent être réalises sous plusieurs formes : un premier mode de realisation consiste a utiliser des anneaux hybrides (encore appelés "Rat-Race") tel que décrit dans le brevet americain n~4.603.436. Un anneau hybride est une ligne micro-ruban d'une circonférence de 1,5~, avec ~. Ialongueur d'onde du signal considére, dont les sorties sont réparties par pas de ~14.
Un second mode de realisation consiste a utiliser des circuits "balun" qui emploient également des lignes couplées de longueur ~/4. Un mélangeur employant un circuitbalun est par exemple decrit dans le brevet américain n~5.142.697. Une troisiemesolution est d'employer, en technologie coplanaire, des transitions ligne coplanaire/ligne à fente qui necessitent elles aussi des circuits ouverts de dimensions homogènes a ~/4.
Le principal probleme pose par ces differents coupleurs est qu'ils présentent tous un encombrement important lié à leur construction en ~/4. Ils nesont donc pas adaptés à une realisation en technologie MMIC en bande S, C, X ou même KU (10 à 15 GHz), des lors que l'on cherche a obtenir un mélangeur compact. De plus, il est nécessaire d'utiliser des reseaux d'adaptation d'impédance entre le quad et les coupleurs, ce qui augmente encore l'encombrement du mélangeur.
La presente invention a notamment pour objectif de remedier a ces inconvénients.
Plus précisément, un des objectifs de l'invention est de fournir un mélangeur doublement équilibre à quad de TECs froids, ce mélangeur comprenant des coupleurs à 180~ pour les accès entrée/sortie du quad (RF et Fl) et présentant un encombrement réduit par rapport aux mélangeurs de l'état de la technique.
Cet objectif, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, est atteint grâce à un mélangeur doublement équilibré a quad de TECs froids, du type comprenant des coupleurs à 180~ pour les acces entrée/sortie du quad, ce mélangeur etant caractérise en ce que les coupleurs sont des coupleurs en ~/16 à3 lignes couplées directement cascadés avec le quad.
Avantageusement, les développements de grille des TECs et les polarisations de grille sont optimises pour que l'impedance presentée par le quad soit egale à l'impédance complexe conjuguée de celle présentee par les coupleurs.
CA 022~9262 1998-12-23 W O 98/51004 PCT/~R98/00891 Préférentiellement, un signal de fréquence supérieure à 1 GHz est applique au coupleur relié aux accès d'entree du quad et, de meme, un signal de fréquencesupérieure à 1 GHz est issu du coupleur relié aux accès de sortie du quad.
Le mélangeur selon l'invention est avantageusement réalisé en technologie 5 MMIC pour fonctionner dans la bande KU.
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donne à
titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexes dans lesquels:
- la figure 1 represente un quad de TECs froids doublement équilibre destiné
à être utilisé dans un melangeur;
- la figure 2 représente un melangeur doublement équilibré a quad de TECs froids selon l'invention, ce mélangeur étant realisé en technologie MMIC;
- la figure 3 représente un coupleur en A/16 à 3 lignes couplées tel qu'utilise dans le melangeur de la figure 2.
La figure 1 a été decrite précédemment en réference à l'état de la technique.
La figure 2 represente un mélangeur doublement équilibre à quad de TECs froids selon l'invention, ce mélangeur étant realisé en technologie MMIC.
L'invention propose d'utiliser des coupleurs à 180~ en A/16 et à 3 lignes 20 couplées directement cascades avec le quad, pour l'obtention d'une part des signaux rf et rf à partir du signal RF, et d'autre part pour l'obtention du signal Fl à
partir des signaux fi et fi . Un tel coupleur est represente à la figure 3.
Le coupleur de la figure 3, réferencé 29, a une longueur egale a A/16, avec A la longueur d'onde d'un signal appliqué sur une entrée réferencee 30. Deux 25 sorties 31 et 32 fournissent respectivement le signal appliqué à l'entrée 30 atténué
et ce dernier signal en opposition de phase. L'application d'un signal E à l'entree 30 fournit donc un signal e sur la sortie 31 et un signal e sur la sortie 32. Lecoupleur 29 est entièrement symétrique, c'est à dire que l'application de signaux sur les accès 31 et 32 fournit un signal de sortie sur l'accès 30. Le coupleur 29 30 comporte 3 lignes 33, 34 et 35 parallèles couplees entre elles de la maniere suivante: I'accès 30 est relie à l'extrémité inferieure de la ligne centrale 34, son extrémité supérieure étant reliée a la masse par un plot 36 (trou metallisé).
L'extrémité inférieure de la ligne 33 est reliée à la masse par un plot 37 et son extrémité supérieure à l'accès 32 et l'extrémite supérieure de la ligne 35 est reliée 35 au plot 36,1'extrémité inférieure constituant l'accès 31.
De retour a la figure 2, deux coupleurs de ce type, reférencés 21 et 22, sont utilisés respectivement, l'un pour génerer les signaux rf et rf a partir du signal d'entrée RF, l'autre pour générer le signal de sortie Fl à partir des signaux fi et fi . . .
CA 022~9262 1998-12-23 W O 98/51004 PCT~R98/00891 issus du quad 10. On notera que le coupleur 21 est plus petit que le coupleur 22car le signal RF a une fréquence superieure au signal Fl (FFI = FRF - FoL).
On notera également l'absence de réseaux d'adaptation d'impédance entre les coupleurs 21 et 22 et le quad 10 de TECs froids: I'inventeur a mis en évidence 5 une excellente compatibilité des impedances entre un quad de TECs froids et des coupleurs en ~/16 à 3 lignes couplées. Les developpements de grille des TECs 11 a 14 et les polarisations des grilles Vgs1 et Vgs2 de ces TECs sont alors optimises pour obtenir une adéquation parfaite des impedances. Ainsi, I'impédance présentee par le quad est égale a l'impédance complexe conjuguée de celle présentée par les 10 coupleurs 21 et 22 et ces éléments peuvent être directement cascadés.
Comme les liaisons entre les accès des coupleurs et ceux du quad présentent une caractéristique selfique, quatre condensateurs 23 à 26 de compensation sont avantageusement prévus a proximité des acces 15, 16 et 19, 20 du quad 10. Ces condensateurs 23 à 26 permettent en outre de couper la 15 polarisation continue appliquée sur les grilles des TECs froids.
L'invention permet d'obtenir un gain en encombrement d'un facteur 5,4 en bande KU par rapport a un mélangeur à quad de TECs froids employant des coupleurs en ~/4. L'invention est realisable en technologie AsGa ou Si, non limitativement. Un mélangeur selon l'invention se prête également particulièrement 20 à une réalisation en technologie hybride du fait du faible encombrement presenté.
De manière générale, I'invention s'applique au melange de tous signaux RF
et Fl présentant une frequence supérieure à 1 GHz et notamment a un fonctionnement dans la bande KU (10 a 15 GHz).
Le domaine de l'invention est celui des mélangeurs de signaux hautes fréquences. Plus précisément. Ia presente invention concerne un melangeur compact doublement equilibré a quad de TECs froids réalisable notamment en technologie MMIC ~Microwave Monolithic Integrated Circuit).
Un mélangeur a traditionnellement pour fonction de convertir la fréquence d'un signal d'entrée, par exemple un signal radiofréquences RF reçu, en un signal de sortie, par exemple un signal en frequence intermédiaire Fl, grâce à un signal 5 d'oscillateur local LO. On cherche géneralement à obtenir une fréquence FFI dusignal Fl égale à FRF - FLo, avec FRF la fréquence du signal RF et FLo la frequence du signal LO.
Le problème rencontre avec les mélangeurs est que leur signal de sortie est en realité constitué par un spectre de plusieurs frequences:
n~FRF + m FLo avec n et m entiers.
On obtient donc en sortie d'un mélangeur non seulement la fréquence désiree, mais également un ensemble de frequences parasites qu'il convient d'éliminer. A cet effet, on utilise des melangeurs équilibrés comprenant des 15 coupleurs 180~ sur les accès d'entrée (RF) et de sortie (Fl) permettant une combinaison en opposition de phase d'un certain nombre de fréquences parasites.
La figure 1 représente un quad de TECs froids doublement equilibre destine à etre utilisé dans un mélangeur.
Le quad de la figure 1, généralement réferencé par 10, comporte quatre 20 TECs froids 11 à 1 4 formant un pont équilibre. Des tensions de polarisationscontinues Vgs1 et Vgs2, éventuellement identiques, sont appliquées sur les grilles des TECs 11 à 14. Le quad 10 est destiné à melanger un signal radiofréquences RF avec un signal d'oscillateur local OL pour fournir un signal en fréquence intermédiaire Fl. Plus précisément, six accès sont prévus: deux premiers accès 25 d'entree 15 et 16 auxquels doivent etre appliqués un signal rf et ce même signal déphasé de 180~ (rf), deux seconds accès d'entrée 17 et 18 auxquels doivent êtreappliqués le signal d'oscillateur local OL et son complément OL, et deux acces de sortie 19 et 20 fournissant deux signaux fi et fi. Les signaux rf et rf sont issus d'un coupleur 180~ non représenté auquel est applique le signal d'entree RF et les 30 signaux fi et fi sont destines a être combinés, également par un coupleur nonreprésenté, pour fournir un signal de sortie Fl. Habituellement, un réseau ..... . . ., .. . . , . . --, . , CA 022~9262 1998-12-23 d'adaptation- d'impédance à 50 Q est insére entre les accès 15 et 16 et le coupleur d'entrée d'une part et entre les acces 19 et 20 et le coupleur de sortie d'autre part.
Les TECs 11 à 14 fonctionnent en commutateurs, c'est à dire que leurs résistances drain/source présentent soit quelques Q (état passant), soit quelques kQ (état bloqué), en fonction des signaux OL et OL.
Les coupleurs 180~ peuvent être réalises sous plusieurs formes : un premier mode de realisation consiste a utiliser des anneaux hybrides (encore appelés "Rat-Race") tel que décrit dans le brevet americain n~4.603.436. Un anneau hybride est une ligne micro-ruban d'une circonférence de 1,5~, avec ~. Ialongueur d'onde du signal considére, dont les sorties sont réparties par pas de ~14.
Un second mode de realisation consiste a utiliser des circuits "balun" qui emploient également des lignes couplées de longueur ~/4. Un mélangeur employant un circuitbalun est par exemple decrit dans le brevet américain n~5.142.697. Une troisiemesolution est d'employer, en technologie coplanaire, des transitions ligne coplanaire/ligne à fente qui necessitent elles aussi des circuits ouverts de dimensions homogènes a ~/4.
Le principal probleme pose par ces differents coupleurs est qu'ils présentent tous un encombrement important lié à leur construction en ~/4. Ils nesont donc pas adaptés à une realisation en technologie MMIC en bande S, C, X ou même KU (10 à 15 GHz), des lors que l'on cherche a obtenir un mélangeur compact. De plus, il est nécessaire d'utiliser des reseaux d'adaptation d'impédance entre le quad et les coupleurs, ce qui augmente encore l'encombrement du mélangeur.
La presente invention a notamment pour objectif de remedier a ces inconvénients.
Plus précisément, un des objectifs de l'invention est de fournir un mélangeur doublement équilibre à quad de TECs froids, ce mélangeur comprenant des coupleurs à 180~ pour les accès entrée/sortie du quad (RF et Fl) et présentant un encombrement réduit par rapport aux mélangeurs de l'état de la technique.
Cet objectif, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, est atteint grâce à un mélangeur doublement équilibré a quad de TECs froids, du type comprenant des coupleurs à 180~ pour les acces entrée/sortie du quad, ce mélangeur etant caractérise en ce que les coupleurs sont des coupleurs en ~/16 à3 lignes couplées directement cascadés avec le quad.
Avantageusement, les développements de grille des TECs et les polarisations de grille sont optimises pour que l'impedance presentée par le quad soit egale à l'impédance complexe conjuguée de celle présentee par les coupleurs.
CA 022~9262 1998-12-23 W O 98/51004 PCT/~R98/00891 Préférentiellement, un signal de fréquence supérieure à 1 GHz est applique au coupleur relié aux accès d'entree du quad et, de meme, un signal de fréquencesupérieure à 1 GHz est issu du coupleur relié aux accès de sortie du quad.
Le mélangeur selon l'invention est avantageusement réalisé en technologie 5 MMIC pour fonctionner dans la bande KU.
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donne à
titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexes dans lesquels:
- la figure 1 represente un quad de TECs froids doublement équilibre destiné
à être utilisé dans un melangeur;
- la figure 2 représente un melangeur doublement équilibré a quad de TECs froids selon l'invention, ce mélangeur étant realisé en technologie MMIC;
- la figure 3 représente un coupleur en A/16 à 3 lignes couplées tel qu'utilise dans le melangeur de la figure 2.
La figure 1 a été decrite précédemment en réference à l'état de la technique.
La figure 2 represente un mélangeur doublement équilibre à quad de TECs froids selon l'invention, ce mélangeur étant realisé en technologie MMIC.
L'invention propose d'utiliser des coupleurs à 180~ en A/16 et à 3 lignes 20 couplées directement cascades avec le quad, pour l'obtention d'une part des signaux rf et rf à partir du signal RF, et d'autre part pour l'obtention du signal Fl à
partir des signaux fi et fi . Un tel coupleur est represente à la figure 3.
Le coupleur de la figure 3, réferencé 29, a une longueur egale a A/16, avec A la longueur d'onde d'un signal appliqué sur une entrée réferencee 30. Deux 25 sorties 31 et 32 fournissent respectivement le signal appliqué à l'entrée 30 atténué
et ce dernier signal en opposition de phase. L'application d'un signal E à l'entree 30 fournit donc un signal e sur la sortie 31 et un signal e sur la sortie 32. Lecoupleur 29 est entièrement symétrique, c'est à dire que l'application de signaux sur les accès 31 et 32 fournit un signal de sortie sur l'accès 30. Le coupleur 29 30 comporte 3 lignes 33, 34 et 35 parallèles couplees entre elles de la maniere suivante: I'accès 30 est relie à l'extrémité inferieure de la ligne centrale 34, son extrémité supérieure étant reliée a la masse par un plot 36 (trou metallisé).
L'extrémité inférieure de la ligne 33 est reliée à la masse par un plot 37 et son extrémité supérieure à l'accès 32 et l'extrémite supérieure de la ligne 35 est reliée 35 au plot 36,1'extrémité inférieure constituant l'accès 31.
De retour a la figure 2, deux coupleurs de ce type, reférencés 21 et 22, sont utilisés respectivement, l'un pour génerer les signaux rf et rf a partir du signal d'entrée RF, l'autre pour générer le signal de sortie Fl à partir des signaux fi et fi . . .
CA 022~9262 1998-12-23 W O 98/51004 PCT~R98/00891 issus du quad 10. On notera que le coupleur 21 est plus petit que le coupleur 22car le signal RF a une fréquence superieure au signal Fl (FFI = FRF - FoL).
On notera également l'absence de réseaux d'adaptation d'impédance entre les coupleurs 21 et 22 et le quad 10 de TECs froids: I'inventeur a mis en évidence 5 une excellente compatibilité des impedances entre un quad de TECs froids et des coupleurs en ~/16 à 3 lignes couplées. Les developpements de grille des TECs 11 a 14 et les polarisations des grilles Vgs1 et Vgs2 de ces TECs sont alors optimises pour obtenir une adéquation parfaite des impedances. Ainsi, I'impédance présentee par le quad est égale a l'impédance complexe conjuguée de celle présentée par les 10 coupleurs 21 et 22 et ces éléments peuvent être directement cascadés.
Comme les liaisons entre les accès des coupleurs et ceux du quad présentent une caractéristique selfique, quatre condensateurs 23 à 26 de compensation sont avantageusement prévus a proximité des acces 15, 16 et 19, 20 du quad 10. Ces condensateurs 23 à 26 permettent en outre de couper la 15 polarisation continue appliquée sur les grilles des TECs froids.
L'invention permet d'obtenir un gain en encombrement d'un facteur 5,4 en bande KU par rapport a un mélangeur à quad de TECs froids employant des coupleurs en ~/4. L'invention est realisable en technologie AsGa ou Si, non limitativement. Un mélangeur selon l'invention se prête également particulièrement 20 à une réalisation en technologie hybride du fait du faible encombrement presenté.
De manière générale, I'invention s'applique au melange de tous signaux RF
et Fl présentant une frequence supérieure à 1 GHz et notamment a un fonctionnement dans la bande KU (10 a 15 GHz).
Claims (6)
1. Mélangeur doublement équilibré à quad de TECs froids (10), du type comprenant des coupleurs a 180° pour les accès entrée/sortie dudit quad (10), caractérisé en ce que lesdits coupleurs sont des coupleurs (21, 22) en .lambda./16 à 3 lignes couplées directement cascades avec ledit quad (10).
2. Mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les développements de grille desdits TECs (11 à 14) et les polarisations desdites grilles (Vgs1, Vgs2) sont optimisés pour que l'impédance présentée par ledit quad (10) soit égale à l'impédance complexe conjuguée de celle présentée par lesdits coupleurs (21, 22).
3. Mélangeur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un signal (RF) de fréquence supérieure a 1 GHz est appliqué audit coupleur (21) relié
auxdits accès d'entrée (15, 16) dudit quad (10).
auxdits accès d'entrée (15, 16) dudit quad (10).
4. Mélangeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un signal (FI) de fréquence supérieure à 1 GHz est issu dudit coupleur (22) relié
auxdits accès de sortie (19, 20) dudit quad.
auxdits accès de sortie (19, 20) dudit quad.
5. Mélangeur selon l'une des revendications 1 a 4, caractérise en ce qu'il est réalisé en technologie MMIC.
6. Mélangeur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérise en ce qu'il fonctionne dans la bande KU.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR97/05509 | 1997-05-05 | ||
| FR9705509A FR2762942B1 (fr) | 1997-05-05 | 1997-05-05 | Melangeur compact doublement equilibre a quad de tecs froids en technologie mmic |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2259262A1 true CA2259262A1 (fr) | 1998-11-12 |
Family
ID=9506582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA 2259262 Abandoned CA2259262A1 (fr) | 1997-05-05 | 1998-05-04 | Melangeur compact doublement equilibre a quad de tecs froids en technologie mmic |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0943176A1 (fr) |
| JP (1) | JP2000514988A (fr) |
| CA (1) | CA2259262A1 (fr) |
| FR (1) | FR2762942B1 (fr) |
| WO (1) | WO1998051004A1 (fr) |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| FR2787947B1 (fr) * | 1998-12-24 | 2001-02-23 | Centre Nat Etd Spatiales | Procede de modulation analogique et circuit integre monolithique a etage melangeur comprenant des transistors a effet de champ non polarises |
| EP1542356B1 (fr) * | 2003-12-10 | 2008-04-02 | Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) | Dispositif mélangeur |
| WO2005060089A2 (fr) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Systeme melangeur |
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|---|---|---|---|---|
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| US5280648A (en) * | 1988-12-06 | 1994-01-18 | Zenith Electronics Corporation | Double-balanced high level wide band RF mixer |
| US5774801A (en) * | 1995-08-23 | 1998-06-30 | Ericsson Inc. | High dynamic range mixer having low conversion loss, low local oscillator input power, and high dynamic range and a method for designing the same |
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1997
- 1997-05-05 FR FR9705509A patent/FR2762942B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-05-04 JP JP10547781A patent/JP2000514988A/ja not_active Ceased
- 1998-05-04 EP EP98924369A patent/EP0943176A1/fr not_active Withdrawn
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- 1998-05-04 CA CA 2259262 patent/CA2259262A1/fr not_active Abandoned
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| Publication number | Publication date |
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