EP0089083A1 - Additionneur-diviseur de puissance à large bande pour circuit hyperfréquence et transformateur d'impédance réalisé à partir de cet additionneur-diviseur - Google Patents

Additionneur-diviseur de puissance à large bande pour circuit hyperfréquence et transformateur d'impédance réalisé à partir de cet additionneur-diviseur Download PDF

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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
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    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port

Definitions

  • the present invention relates to a broadband power adder-divider for microwave circuits produced in a flat structure and in particular according to the technique of the printed circuit in the form of a microstrip. It also relates to an impedance transformer produced from this adder-divider.
  • a more sophisticated solution consists in using a transmission line of non-uniform width (called in English "typing”), equivalent to an impedance transformer composed of a large number of small discontinuities, and described by example in the article “Impedance matching by tapered transmission lines'; AH Hall,” The Microwave Journal “, March 1966, pages 1C9 to 114.
  • a transmission line of non-uniform width called in English "typing”
  • impedance transformer composed of a large number of small discontinuities
  • the object of the invention is to propose a microwave power adder-divider in which the problem of impedance matching is satisfactorily resolved while retaining a reduced overall size and obtaining a frequency band of several octaves.
  • the invention relates to an adder-divider comprising on one side a first conductive transmission line traversed by the entire microwave current, on the other two conductive transmission lines in parallel dividing this current and, between the two , a conductive transition zone delimited by two contours in an arc of a tangent circle on one side to the first line, on the other to the two lines in parallel, and crossed transversely to the directions of propagation of the current by parallel slots.
  • the current lines are constrained by stay within a limited width of the transmission line, which avoids sudden variations in impedance in the transition zone, which lead to mismatch.
  • the power adder-divider shown in FIG. 1 is designed to equip a microwave circuit in a flat structure, of the microstrip type, and comprises a first conductive transmission line 10, of width w, crossed by the entire microwave current, second and third conductive transmission lines 20 and 30, here also of width w, which are equally distributed in this case this microwave current, and, between line 10 and the two lines 20 and 30 a conductive transition zone 40, delimited by two contours 41 and 42 in an arc of a circle tangentially connected to the first line 10 and to the second and third lines 20 and 30.
  • This zone 40 is crossed transversely to the mean directions of propagation of the current (indicated in FIG. 1 by the two arrows parallel to the contours 41 and 42, in the case where the device is a power divider) by parallel slots in the form of arc of a circle (they could also be rectilinear), in the case shown eight slots 51 to 58, the ends of which are situated at a distance from the contours 41 and 42 less than the width of the transmission lines.
  • This structure forces the current lines to remain inside a conductive strip of width less than that of lines 10 to 30 (the approximate limit of this current flow band is shown in FIG.
  • the present invention is not limited to such exemplary embodiments, from which variants can be proposed without thereby departing from the scope of the invention.
  • any residual reflections at low frequencies of the bandwidth of the adder-divider or of the impedance transformer can be completely eliminated by capacitive line segments 71 to 74 arranged transversely to line 10, at a distance from each other equal to a quarter of the wavelength X m associated with the maximum frequency of the passband, and located at an average distance from each other end of the device (the border between zone 40 and lines 20 and 30) equal to a quarter of the wavelength ⁇ M associated with the minimum frequency of the passband.

Landscapes

  • Waveguides (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

Additionneur-diviseur de puissance à large bande pour circuit hyperfréquence, comprenant une première ligne de transmission conductrice (10) destinée à être traversée par la totalité du courant hyperfréquence, des deuxième et troisième lignes de transmission conductrices (20) et (30) se répartissant ce courant hyperfréquence et une zone conductrice (40) dite de transition située entre cette première et les deuxième et troisième lignes, cette zone étant délimitée par deux contours (41) et (42) en arc de cercle, raccordés tangentiellement à la première ligne d'une part et aux deuxième et troisième lignes d'autre part, et traversée transversalement aux directions de propagation du courant par des fentes parallèles (51) à (58) dont les extrémités sont situées à une distance desdits contours en arc de cercle inférieure à la largeur des deuxième et troisième lignes de transmission.
Application : tous circuit hyperfréquence de combinaison ou de répartition de puissance.

Description

  • La présente invention a trait à un additionneur-diviseur de puissance à large bande pour circuit hyperfréquence réalisé en structure plane et notamment suivant la technique du circuit imprimé sous forme de microruban. Elle concerne également un transformateur d'impédance réalisé à partir de cet additionneur-diviseur.
  • La solution la plus couramment utilisée pour l'adaptation d'impédance est l'utilisation de transformateurs dits quart d'onde, décrits notamment dans l'article "General synthesis of quarterwave impedance transformers", H.J. Riblet, IRE Trans. MTT, janvier 1957, pages 36 à 43, ou encore dans l'article "Design of stepped microstrip components" de G. Kompa, paru aux pages 53 à 63 de la revue "The Radio and Electronic Engineer", volume 48, N°l/2, janvier- février 1978 (voir spécialement la figure 13 de ce dernier document). Ces dispositifs présentent cependant l'inconvénient de n'être adaptés que pour une seule fréquence : en effet, les réflexions qui se produisent au niveau des deux discontinuités ne se compensent plus lorsqu'on s'écarte de cette fréquence (elles restent néanmoins acceptables .sur une bande d'une octave environ centrée sur cette fréquence).
  • Une solution plus perfectionnée consiste en l'utilisation d'une ligne de transmission de largeur non uniforme (appelée en anglais "taper"), équivalente à un transformateur d'impédance composé d'un grand nombre de discontinuités de faibles dimensions, et décrite par exemple dans l'article "Impedance matching by tapered transmission lines'; A.H. Hall, "The Microwave Journal", mars 1966, pages 1C9 à 114. On obtient avec un tel dispositif une bande passante nettement supérieure et une distribution bien meilleure, sinon optimale, des réflexions localisées, mais au prix d'une longueur totale supérieure.
  • Le but de l'invention est de proposer un additionneur-diviseur de puissance hyperfréquence dans lequel le problème de l'adaptation d'impédance est résolu de façon satisfaisante tout en conservant un encombrement réduit et en obtenant une bande de fréquences de plusieurs octaves.
  • L'invention concerne à cet effet un additionneur-diviseur comprenant d'un côté une première ligne de transmission conductrice traversée par la totalité du courant hyperfréquence, de l'autre deux lignes de transmission conductrices en parallèle se répartissant ce courant et, entre les deux, une zone conductrice de transition délimitée par deux contours en arc de cercle tangents d'un côté à la première ligne, de l'autre aux deux lignes en parallèle, et traversée transversalement aux directions de propagation du courant par des fentes parallèles. Comme les extrémités de ces fentes sont à une distance desdits contours inférieure à la largeur desdites deuxième et troisième lignes de transmission, et que par ailleurs la distance entre les fentes reste notablement inférieure à la longueur d'onde, les lignes de courant sont contraintes de rester à l'intérieur d'une largeur limitée de ligne de transmission, ce qui évite des variations soudaines d'impédance dans la zone de transition, génératrices de désadaptation.
  • Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront maintenant de façon plus détaillée dans la description qui suit, effectuée en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels :
    • - la figure 1 montre un premier mode de réalisation d'un additionneur-diviseur de puissance selon l'invention, et la figure 2 une variante de ce mode de réalisation ;
    • - la figure 3 montre un transformateur d'impédance réalisé à partir de l'additionneur-diviseur de la figure 1.
  • L'additionneur-diviseur de puissance représenté sur la figure 1 est prévu pour équiper un circuit hyperfréquence en structure plane, du type à microruban, et comprend une première ligne de transmission conductrice 10, de largeur w, traversée par la totalité du courant hyperfréquence, des deuxième et troisième lignes de transmission conductrices 20 et 30, ici de largeur w également, qui se répartissent de façon égale dans le cas présent ce courant hyperfréquence, et, entre la ligne 10 et les deux lignes 20 et 30 une zone conductrice de transition 40, délimitée par deux contours 41 et 42 en arc de cercle raccordés tangentiellement à la première ligne 10 et aux deuxième et troisième lignes 20 et 30.
  • Cette zone 40 est traversée transversalement aux directions moyennes de propagation du courant (indiquées sur la figure 1 par les deux flèches parallèles aux contours 41 et 42, dans le cas où le dispositif est un diviseur de puissance) par des fentes parallèles en forme d'arc de cercle (elles pourraient aussi être rectilignes), dans le cas représenté huit fentes 51 à 58, dont les extrémités sont situées à une distance des contours 41 et 42 inférieure à la largeur des lignes de transmission. Cette structure contraint les lignes de courant à rester à l'intérieur d'une bande conductrice de largeur inférieure à celle des lignes 10 à 30 (la limite approximative de cette bande de circulation du courant est représentée sur la figure 1 en traits interrompus), ce qui évite des variations soudaines d'impédance pendant la traversée dela zone de transition 40 et réalise donc une répartition progressive des réflexions le long du dispositif. Une symétrie électrique plus complète du dispositif peut être obtenue si l'on prévoit (voir la figure 2) une fente longitudinale 60 dans toute la zone de transition 40, cette fente 60 traversant les fentes 51 à 58 perpendiculairement et en leur milieu et étant destinée à isoler les deux lignes 20 et 30 (cette isolation est utile surtout dans le cas d'un fonctionnement en additionneur et peut encore être améliorée en recouvrant la fente 60 d'une couche d'absorption).
  • Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à de tels exemples de réalisation, à partir desquels des variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. On peut notamment utiliser l'additionneur-diviseur qui vient d'être décrit pour la réalisation d'un tranformateur d'impédance adapté à large bande, obtenu, comme le montre la figure 3, par le raccordement l'une à l'autre des deuxième et troisième lignes de transmission conductrices 20 et 30. Par ailleurs, les éventuelles réflexions résiduelles aux basses fréquences de la bande passante de l'additionneur-diviseur ou du transformateur d'impédance peuvent être complètement éliminées par des tronçons de ligne capacitifs 71 à 74 disposés transversalement à la ligne 10, à une distance l'un de l'autre égale au quart de la longueur d'onde Xm associée à la fréquence maximale de la bande passante, et situés à une distance moyenne de l'autre extrémité du dispositif (la frontière entre la zone 40 et les lignes 20 et 30) égale au quart de la longueur d'onde λM associée à la fréquence minimale de la bande passante.

Claims (7)

1. Additionneur-diviseur de puissance à large bande pour circuit hyperfréquence réalisé en structure plane et notamment suivant la technique du circuit imprimé sous forme de microruban, caractérisé en ce qu'il comprend une première ligne de transmission conductrice (10) destinée à être traversée par la totalité du courant hyperfréquence, des deuxième et troisième lignes de transmission conductrices (20) et (30) se répartissant ce courant hyperfréquence et une zone conductrice (40) dite de transition située entre cette première et les deuxième et troisième lignes, cette zone étant délimitée par deux contours (41) et (42) en arc de cercle, raccordés tangentiellement à la première ligne d'une part et aux deuxième et troisième lignes d'autre part, et traversée transversalement aux directions de propagation du courant par des fentes parallèles (51) à (58) dont les extrémités sont situées à une distance desdits contours en arc de cercle inférieure à la largeur des deuxième et troisième lignes de transmission.
2. Additionneur-diviseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fentes parallèles (51) à (58) sont rectilignes.
3. Additionneur-diviseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fentes parallèles (51) à (58) sont en forme d'arc de cercle.
4. Additionneur-diviseur selon l'une des revendications 2 'et 3, caractérisé en ce qu'une fente longitudinale (60)--traverse toute la zone de transition (40), perpendiculairement aux fentes parallèles (51) à (58) et sensiblement en leur milieu.
5. Additionneur-diviseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fente longitudinale (60) est recouverte d'une couche d'absorption.
6. Additionneur-diviseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, à la frontière entre la première ligne de transmission (10) et la zone de transition (40), des tronçons de ligne capacitifs (71) à (74) disposés transversalement à cette première ligne, à une distance l'un de l'autre égale au quart de la longueur d'onde associée à la fréquence maximale de la bande passante, et situés à une distance moyenne de la frontière entre la zone de transition (40) et les deuxième et troisième lignes (20) et (30) égale au quart de la longueur d'onde associée à la fréquence minimale de la bande passante.
7. Application particulière de l'additionneur-diviseur selon l'une des revendications précédentes à la réalisation d'un transformateur d'impédance caractérisé en ce que celui-ci est obtenu par le raccordement l'une à l'autre des deuxième et troisième lignes de transmission conductrices.
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