EP0223673A1 - Dispositif de couplage entre une ligne à ondes de surface électromagnétiques et une ligne microbande extérieure - Google Patents

Dispositif de couplage entre une ligne à ondes de surface électromagnétiques et une ligne microbande extérieure Download PDF

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EP0223673A1
EP0223673A1 EP86402348A EP86402348A EP0223673A1 EP 0223673 A1 EP0223673 A1 EP 0223673A1 EP 86402348 A EP86402348 A EP 86402348A EP 86402348 A EP86402348 A EP 86402348A EP 0223673 A1 EP0223673 A1 EP 0223673A1
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EP
European Patent Office
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microstrip
coupling device
dielectric
line
mode
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EP86402348A
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Gérard Forterre
Julien Prevot
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices

Definitions

  • the present invention relates to a coupling device between a surface wave line and a microstrip line. More specifically, it relates to a coupling device between a microstrip line, in which the field distribution is asymmetrical, operating in quasi-TEM mode, and an access line to a device, in which the field distribution is symmetrical, using an electromagnetic surface mode propagating in a thin core line, charged by ferrite parts, and polarized by a magnetostatic field, such as an insulator or non-reciprocal ferrite device.
  • An object of the invention is to make this non-reciprocal device integrable, and to do without the coaxial connectors which until now were used, because these are too bulky for integration.
  • a known technique giving satisfactory results but delicate to implement and therefore not very usable, consists in integrating, on the two access lines to the surface wave device, a coaxial line element, in the form of a pearl. glass adapted to 50 ohms, which amounts to reconstructing the excitation system of the electromagnetic surface wave mode used in known devices.
  • this glass bead introduces parasitic elements disturbing the adaptation of the device.
  • the adaptation system, or coupling device consists in using, to make the transition between the core thin and the microstrip line, several line elements of short lengths and of small transverse dimensions compared to the wavelength, these elements being of different types and structures so as to achieve a gradual symmetry-asymmetry transition, in stages, the element closest to the thin core being necessarily symmetrical and of small transverse dimensions so as to impose a symmetrical field structure at the level of the access to the thin core line.
  • the symmetry-asymmetry transition is thus done in four stages, representing four modes: - electromagnetic surface waves, - triplate - microstrip line plus reactance - external microstrip line.
  • the invention relates to a device for coupling between a symmetrical electromagnetic surface wave line and an external microstrip line, the surface wave line, terminated by at least one microband access line, operating in a mode symmetrical field distribution, while the external microstrip line operates in an asymmetrical field distribution mode
  • this coupling device being characterized in that it comprises a plurality of line elements of short lengths and small transverse dimensions in front the wavelength of the signal, the nature and structure of these line elements providing a gradual transition between the symmetrical and asymmetrical modes in four stages: - symmetrical electromagnetic surface wave mode - triplate mode - microstrip mode with two different dielectrics - air microstrip mode, asymmetrical.
  • An OSEL electromagnetic surface wave isolator is constituted according to the diagrams of FIG. 1 and of FIG. 2 which are to be considered simultaneously.
  • This type of insulator is essentially made up, apart from its connection elements, by: - two thin ferrite plates 10 and 11, - a very thin central core with a special profile 12, placed between the ferrite plates 10 and 11, - a magnet 13, - two plates of absorbent material 14 and 15, located on either side of the core 12, - two rigid steel plates 16 and 17, serving simultaneously as ground planes (silver coating) and cylinder heads to close the magnetic circuit (represented by arrows).
  • OSEL electromagnetic surface wave isolators are best suited for non-reciprocal broadband ferrite devices. Compared to the only type of Y-junction isolator currently achievable (structure with 2 ferrites), they have the following advantages: - much better adaptation: maximum standing wave ratio 1.25 (against 1.5 for Y junctions) in the passband, and stable in phase, - adaptation almost maintained in the rest of the band, while a Y junction behaves like a bandpass filter, - insulation greater than 18 dB against 14 dB for Y junctions.
  • the coupling device according to the invention has the merit of remaining continuous throughout the conductive cores in flat structure, therefore of reducing to their lowest expression the parasitic elements due to the discontinuities between the central core 12 and an external microstrip line.
  • This coupling device is shown in section in Figure 3, while Figure 4 shows it in plan, mounted on an OSEL isolator and allows a better understanding of the design.
  • FIG. 3 appears - to the right of the figure - a fragment of the OSEL insulator, comprising a thin core 12, clamped between two thin ferrite plates 10 and 11, themselves clamped between two steel plates 16 and 17.
  • the thickness of each of the plates 16 and 17 is sufficient for it to be possible to drill therein, longitudinally, a tapped hole for fixing the coupling device.
  • the end 19 of the central core 12 protrudes from the insulator over a length of the order of 2.5 to 3 mm: it is on this end 19 that contact will be made with an external microstrip 9.
  • L isolator further comprises, in known manner, two parts 7 and 8, placed between the ferrite plates 10-11 and the coupling device: these parts 7 and 8 are made of dielectric material of constant ⁇ 2 and are used to adapt the OSEL insulator.
  • the coupling device proper comprises the three parts marked 1, 2 and 3, and their respective mechanical supports 4, 5 and 6.
  • the part 1 is a part made of dielectric material of the type glass fiber filled polytetrafluoroethylene, such as that known under the name RT Duro ⁇ d, but it can also be, for example, alumina or beryllium oxide.
  • Its permittivity ⁇ 1 is the same as that of the support of the external microstrip piece 9 and that of the piece 2 which will be described later.
  • This part 1 has a T shape (see fig 5) and it is metallized on its two main faces, to give a ground plane 21 on one side and, after etching, a metallization 20 on the other face.
  • the transverse branch 22 of the T has a length L1, a width l1, and a thickness of dielectric h d1 .
  • the part 1 is attached to the OSEL insulator by its transverse branch 22, and the end 19 of the central core 12 comes to rest on the metallization 20.
  • the etched metal track 20 may have an enlarged part. This enlarged part participates, with the dielectric part 3, in the adaptation in the transition between the symmetrical and asymmetrical modes.
  • the part 2 is a tongue of dielectric material which has (see fig 6): - same permittivity ⁇ 1 - same length L2 - same width l2 - same thickness of dielectric h d2 - same shape as the transverse branch 22 of the part 1, but it is metallized on a single main face, at 23.
  • the part 2 is attached to the OSEL insulator by its longest side, so that it corresponds to the transverse branch 22 of the part 1. But the part 2 is placed over the end 19 of the central core 12, the metallization 23 being in contact with said end 19.
  • the part 3 is a parallelepiped of dielectric material of permittivity ⁇ 3, the dielectric thickness of which is h d3 and the width l3, measured along the common axis at the end 19 of the core 12 and at the external microstrip 9.
  • the dimensions of the part 3 are such that, when it is placed on the end 19 of the core 12, which constitutes a microstrip, it projects beyond this microstrip, in order to allow adaptation between the two microstrips 19 and 9. It is made of polytetrafluoroethylene, or of alumina.
  • All of these three parts 1, 2 and 3 made of dielectric material are mechanically held in place by three other non-magnetic metal parts, respectively 4, 5 and 6.
  • These are for example brass or silver beryllium bronze, of shade UBe 2.
  • the part 4 constitutes the support of the coupling device according to the invention. It is integral with the insulator, or more exactly with a plate 17, and ensures its correct mounting on a ground plane.
  • This support 4 supports the part 1 of dielectric material, itself in contact by its etched metal track 20 with a first face of the microstrip 19 of the central core 12.
  • the part 5 is, like the support 4, integral with the insulator, and more exactly with the plate 16. This pressure part 5 holds in place the part 2 made of dielectric material, and presses it on a second face of the microstrip 19 of the central core 12, the metallization 23 of the part 2 being in contact with said microstrip 19.
  • the support 4 and the pressure piece 5 both have a housing which makes it possible to position the two dielectric pieces 1 and 2, and prevents their lateral sliding relative to the microstrip line 19.
  • the part 6 is a stirrup, secured to the support 4: it makes it possible to maintain the dielectric block 3, against the microstrip 19, and participates in the adaptation of the coupling device.
  • the dimensions of the dielectric and metallic parts, and in particular of the support 4, with respect to the microstrip 19, are such that they allow the end of an external microstrip 9 to be introduced into the housing provided in the support 4 for the part.
  • the microstrip 9 comprises a substrate, of permittivity ⁇ 1, a metal ground plane on one main face of the substrate, and the metal track of the microstrip line on the other main face of the substrate: it is in the form of a tab.
  • This external microstrip line 9 rests - when it is in place - by its ground plane on the support 4; it abuts against the dielectric part 1, and the microstrip line proper is in contact with the end 19 of the central core 12.
  • the dielectric block 3 and the stirrup 6 support the end 19 of the core central 12 against the microstrip 9. So that the electrical contact is good, the end 19 is glued to the microstrip 9 by means of a conductive adhesive. In a vairante the end 19 can slide on the microstrip 9 during large temperature variations.
  • Figure 4 completes Figure 3, showing, seen in plan, an isolator provided with the coupling device according to the invention, as well as an external microstrip line about to be connected to the coupler.
  • the insulator is cut at the level of the central core 12 and, for the coupler, the dielectric parts 2 and 3 as well as the metal parts 5 and 6 are removed.
  • the coupling is obtained by using several line elements of small width and of small transverse dimensions compared to the wavelength, the type and the structure of these elements being different so as to achieve a gradual transition, in stages. , between the symmetrical or asymmetrical distribution of the fields.
  • the isolator requires that the line element which is closest to it is symmetrical. This is the case of the three-ply line formed by: - the ground plane 21 of the first dielectric part 1 the microstrip line 20 in contact with the microstrip line the metallization 23 of the second dielectric part 2.
  • the coupling device therefore ensures the transition between a device in which the distribution of the fields is symmetrical (OSEL) and a circuit in which it is asymmetrical by means of four stages in which the modes are different: - the symmetrical OSEL mode, with electromagnetic surface waves, at the level of the isolator 10 + 11 + 12 and its adaptation 7 + 8 - the triple plate mode at the level of the transverse branch 22 of the first dielectric part 1 and of the second dielectric part 2 - the microstrip and reactance mode at the level of the dielectric block 3 and of the stirrup 6 - the asymmetric microstrip mode at the external microstrip 9.
  • OSEL symmetrical
  • Maintaining the width of the central core throughout the transition at values very close to that of the coupling level is an essential point of the transition.
  • the dimensions (l1, l2, l3, l4 and h d3 ) of the other parts are adjusted to maintain the necessary level of impedance, that is to say generally close to 50 ohms.
  • a standing wave ratio ROS 1.35 in a range between 6 and 18 GHz.
  • the invention has been explained by relying on the case of an OSEL isolator, and by describing and representing only one coupling device. It is obvious to a person skilled in the art that if the symmetrical device has more than one external connection, it is provided with the appropriate number of devices for coupling to an external microstrip line.
  • the insulator of FIG. 4 comprises in its embodiment a coupler on the end 18 of the central core and a coupler on the end 19.
  • the second access can be equipped with a corrector.
  • the coupling device according to the invention operates at least in the frequency range 6 - 18 GHz, with insertion losses of less than 1.6 dB and a standing wave ratio at the ports of less than 1.35.

Abstract

L'invention concerne le couplage entre un dispositif à ondes de surface électromagnétique (OSEL), fonctionnant selon un mode symétrique de répartition des champs, et une ligne microbande extérieure fonctionnant selon un mode dissymétrique. Le couplage entre la microbande d'accès (19) au dispositif à ondes de surface et la microbande extérieure (9) se fait au moyen de trois éléments de ligne (1, 2, 3) en matériaux diélectriques, maintenus par trois pièces métalliques (4, 5, 6), non magnétiques, constituant une transition entre modes symétrique et dissymétrique par palier : - mode onde de surface électromagnétique, symétrique - mode triplaque (1, 2, 4, 5) - mode microbande (19) à adaptation de réactance (3, 6) - mode microbande (9) dissymétrique. Application aux dispositifs à ondes de surface électromagnétiques tels que les isolateurs, munis d'au moins une microbande d'accès.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de couplage entre une ligne à ondes de surface et une ligne microbande. Plus préci­sément, elle concerne un dispositif de couplage entre une ligne microbande, dans laquelle la répartition des champs est assy­métrique, fonctionnant en mode quasi-TEM, et une ligne d'accès à un dispositif, dans lequel la répartition des champs est symétrique, utilisant un mode électromagnétique de surface se propageant dans une ligne à âme mince, chargée par des pièces en ferrite, et polarisée par un champ magnétostatique, tel qu'un isolateur ou dispositif non-réciproque à ferrite.
  • Un objet de l'invention est de rendre ce dispositif non-­réciproque intégrable, et de se passer des connecteurs coaxiaux qui jusqu'à présent étaient utilisés, parce que ceux-ci sont trop volu­mineux pour une intégration.
  • Une technique connue, donnant des résultats satisfaisants mais délicate à mettre en oeuvre et donc peu utilisable, consiste à intégrer, sur les deux lignes d'accès au dispositif à ondes de surface, un élément de ligne coaxiale, sous forme d'une perle de verre adaptée à 50 ohms, ce qui revient à reconstituer le système d'excitation du mode à ondes de surface électromagnétiques utilisé dans les dispositifs connus. Cependant, cette perle de verre introduit des éléments parasites perturbant l'adaptation du dispositif.
  • Par ailleurs, l'expérience a montré que le raccordement direct d'une ligne microbande sur la ligne à âme mince d'un dispositif symétrique à ondes de surface, ne donne pas de bons résultats, les pertes d'insertion étant trop élevées.
  • Le système d'adaptation, ou dispositif de couplage selon l'invention, consiste à utiliser, pour faire la transition entre l'âme mince et la ligne microbande, plusieurs éléments de ligne de faibles longueurs et de dimensions transversales petites devant la longueur d'onde, ces éléments étant de types et de structures différentes de façon à réaliser une transition symétrie-dissymétrie progressive, par paliers, l'élément le plus proche de l'âme mince étant néces­sairement symétrique et de dimensions transversales faibles de façon à imposer une structure de champ symétrique au niveau de l'accès à la ligne à âme mince.
  • La transition symétrie-dissymétrie se fait ainsi en quatre paliers, représentant quatre modes :
    - ondes de surface électromagnétiques,
    - triplaque
    - ligne microbande plus réactance
    - ligne microbande extérieure.
  • De façon plus précise, l'invention concerne un dispositif de couplage entre une ligne symétrique à ondes de surface électro­magnétique et une ligne microbande extérieure, la ligne à ondes de surface, terminée par au moins une ligne microbande d'accès, fonctionnant selon un mode symétrique de répartition des champs, tandis que la ligne microbande extérieure fonctionne selon un mode dissymétrique de répartition des champs, ce dispositif de couplage étant caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'éléments de lignes de faibles longueurs et de dimensions transversales petites devant la longueur d'onde du signal, la nature et la structure de ces éléments de ligne fournissant une transition progressive entre les modes symétrique et dissymétrique en quatre paliers :
    - mode à onde de surface électromagnétique, symétrique
    - mode triplaque
    - mode microbande à deux diélectriques différents
    - mode microbande à air, dissymétrique.
  • L'invention sera mieux comprise par la description qui suit d'un exemple de réalisation, cet exemple s'appuyant, pour être plus précis dans la description, sur le cas d'un isolateur dit OSEL (ondes de surface électromagnétiques), ainsi que sur les figures jointes en annexe qui représentent :
    • - Figure 1 : vue en coupe d'un isolateur OSEL, connu,
    • - Figure 2 : vue en plan d'un isolateur OSEL, connu,
    • - Figure 3 : vue en coupe d'un dispositif de couplage d'une ligne microbande sur un isolateur OSEL, selon l'invention,
    • - Figure 4 : vue en plan d'un dispositif de couplage d'une ligne microbande sur un isolateur OSEL, selon l'invention,
    • - Figures 5 et 6 : vues en plan et en coupe des deux pièces qui assurent la transition en mode triplaque, dans le dispositif de couplage selon l'invention.
  • Le fait de choisir un dispositif non-réciproque tel qu'un isola­teur OSEL pour exposer l'invention ne limite pas la portée de l'invention qui s'applique de façon plus générale aux dispositifs à ondes de surface électromagnétiques et aux transitions entre modes de répartition des champs symétrique et assymétrique. Cependant, la description préalable d'un isolateur OSEL permettra de mieux concrétiser le dispositif de couplage selon l'invention.
  • Un isolateur à ondes de surface électromagnétiques OSEL est constitué selon les schémas de la figure 1 et de la figure 2 qui sont à considérer simultanément. Ce type d'isolateur est essentiellement constitué, hors de ses éléments de connexion, par :
    - deux plaques minces en ferrite 10 et 11,
    - une âme centrale très mince à profil spécial 12, placée entre les plaques en ferrite 10 et 11,
    - un aimant 13,
    - deux plaques en matériau absorbant 14 et 15, situées de part et d'autre de l'âme 12,
    - deux platines 16 et 17 en acier doux, rigides, servant simultanément de plans de masse (revêtement argenté) et de culas­ses pour refermer le circuit magnétique (représenté par des flèches).
  • L'ensemble de ces pièces est rendu solidaire par serrage entre les deux culasses 16 et 17, au moyen de vis dont les trous apparaissent en figure 2. Sur cette figure, la culasse 16 ainsi que la plaque 10 en ferrite et la plaque absorbante 14 sont retirées pour laisser voir la structure interne de l'isolateur et la forme parti­culière de l'âme centrale mince 12, qui se termine par deux microbandes 18 et 19 d'accès extérieur, par connecteur coaxial, perle de verre adaptée 50 ohms ou dispositif de couplage selon l'invention.
  • Lorsque les ferrites sont polarisés par un champ magné­tostatique HO normal aux platines, ce type de structure supporte des modes de type TEmo de nature particulière, car on peut admettre qu'ils sont guidés ou confinés entre deux "murs magné­tiques" définis par les surfaces parallèles à HO et s'appuyant sur les bords de l'âme centrale 12.
  • Pour un fonctionnement optimal, les oscillateurs et récepteurs à très large bande ont impérativement besoin d'une bonne adap­tation, au moins dans leur bande de fonctionnement nominale, et pour la plupart d'entre-eux, dans un certaine plage entourant celle-­ci, afin d'éviter les accrochages par réaction ou les oscillations parasites.
  • Les dispositifs isolateurs à ondes de surface électromagnétique OSEL sont les mieux adaptés des dispositifs non-réciproques à ferrite à large bande. Par rapport au seul type d'isolateur à jonction Y actuellement réalisable (structure à 2 ferrites), ils présentent les avantages suivants :
    - adaptation bien meilleure : rapport d'onde stationnaire maximum 1,25 (contre 1,5 pour les jonctions Y) dans la bande passante, et stable en phase,
    - adaptation quasi maintenue dans le reste de la bande, alors qu'une jonction Y se comporte comme un filtre passe-bande,
    - isolation supérieure à 18 dB contre 14 dB pour les jonctions Y.
  • L'emploi de ce type d'isolateur dans les nouveaux systèmes hyperfréquences utilisant des amplificateurs très plats peut être envisagé dans la mesure où l'on sait réaliser une transition inté­grable entre le mode OSEL, de type TEOO et le mode quasi TEM non symétrique des lignes microbandes.
  • Le problème posé par le raccordement d'un isolateur OSEL à une ligne de type microbande provient donc de la nature dissy­métrique du mode se propageant sur les lignes microbandes.
  • Le dispositif de couplage selon l'invention a le mérite de rester continu tout au long des âmes conductrices en structure plate, donc de réduire à leur plus faible expression les éléments parasites dus aux discontinuités entre l'âme centrale 12 et une ligne microbande extérieure.
  • Ce dispositif de couplage, selon l'invention, est représenté en coupe en figure 3, tandis que la figure 4 le représente en plan, monté sur un isolateur OSEL et permet de mieux en comprendre la conception.
  • Ce qui est exposé au sujet d'une extrémité 19 de l'isolateur est bien entendu valable pour l'autre extrémité 18.
  • Les indices de repère, conservés, permettent de retrouver sur les figures 3 et 4 les constituants propres à l'isolateur OSEL des figures 1 et 2.
  • Sur la figure 3 apparait -à droite de la figure- un fragment de l'isolateur OSEL, comprenant une âme mince 12, serrée entre deux plaques minces de ferrite 10 et 11, elles-mêmes serrées entre deux platines en acier 16 et 17. L'épaisseur de chacune des platines 16 et 17 est suffisante pour qu'il soit possible d'y percer, longitu­dinalement, un trou taraudé de fixation du dispositif de couplage. L'extrémité 19 de l'âme centrale 12 dépasse de l'isolateur sur une longueur de l'ordre de 2,5 à 3 mm : c'est sur cette extrémité 19 que va être pris le contact avec une microbande extérieure 9. L'isolateur comporte encore, de façon connue, deux pièces 7 et 8, placées entre les plaques de ferrite 10-11 et le dispositif de couplage : ces pièces 7 et 8 sont en matériau diélectrique de constante ε₂ et servent à l'adaptation de l'isolateur OSEL.
  • Le dispositif de couplage à proprement parler comprend les trois pièces repérées 1, 2 et 3, et leurs supports mécaniques respectifs 4, 5 et 6.
  • La pièce 1 est une pièce en matériau diélectrique de type polytétrafluoroéthylène chargé de fibre de verre, tel que celui connu sous le nom de RT Duroïd, mais elle peut également être par exemple en alumine ou en oxyde de béryllium. Sa permittivité ε₁ est la même que celle du support de la pièce microbande extérieure 9 et que celle de la pièce 2 qui sera décrite ultérieurement.
  • Cette pièce 1 a une forme de T (voir fig 5) et elle est métallisée sur ses deux faces principales, pour donner un plan de masse 21 sur une face et, après gravure, une métallisation 20 sur l'autre face. La branche transversale 22 du T a une longueur L₁, une largeur l₁, et une épaisseur de diélectrique hd1. La pièce 1 est accolée à l'isolateur OSEL par sa branche transversale 22, et l'extrêmité 19 de l'âme centrale 12 vient reposer sur la métallisation 20.
  • Selon une variante, représentée par un contour pointillé en figure 5, la piste métallique gravée 20 peut avoir une partie élargie. Cette partie élargie participe, avec la pièce diélectrique 3, à l'adaptation dans la transition entre les modes symétrique et asymé­trique.
  • La pièce 2 est une languette de matériau diélectrique qui a (voir fig 6) :
    - même permittivité ε₁
    - même longueur L₂
    - même largeur l₂
    - même épaisseur de diélectrique hd2
    - même forme
    que la branche transversale 22 de la pièce 1, mais elle est métallisée sur une seule face principale, en 23. La pièce 2 est accolée à l'isolateur OSEL par son côté le plus long, de sorte qu'elle cor­respond à la branche transversale 22 de la pièce 1. Mais la pièce 2 est posée par dessus l'extrêmité 19 de l'âme centrale 12, la métallisation 23 étant en contact avec ladite extrêmité 19.
  • La pièce 3 est un parallèpipède de matériau diélectrique de permittivité ε₃, dont l'épaisseur de diélectrique est hd3 et la largeur l₃, mesurée selon l'axe commun à l'extrémité 19 de l'âme 12 et à la microbande extérieure 9. Les dimensions de la pièce 3 sont telles que, lorsqu'elle est posée sur l'extrémité 19 de l'âme 12, qui constitue une microbande, elle déborde de cette microbande, afin de permettre l'adaptation entre les deux microbandes 19 et 9. Elle est en polytétrafluoroéthylène, ou en alumine.
  • L'ensemble de ces trois pièces 1, 2 et 3 en matériau diélec­trique est mécaniquement maintenu en place par trois autres pièces métalliques non magnétiques, respectivement 4, 5 et 6. Celles-ci sont par exemple en laiton ou bronze au beryllium argenté, de nuance UBe 2.
  • La pièce 4 constitue le support du dispositif de couplage selon l'invention. Il est solidaire de l'isolateur, ou plus exactement d'une platine 17, et en assure le montage correct sur un plan de masse. Ce support 4 soutient la pièce 1 en matériau diélectrique, elle même en contact par sa piste métallique gravée 20 avec une première face de la microbande 19 de l'âme centrale 12.
  • La pièce 5 est, comme le support 4, solidaire de l'isolateur, et plus exactement de la platine 16. Cette pièce de pression 5 maintient en place la pièce 2 en matériau diélectrique, et l'appuie sur une seconde face de la microbande 19 de l'âme centrale 12, la métallisation 23 de la pièce 2 étant en contact avec ladite micro­bande 19.
  • Le support 4 et la pièce de pression 5 présentent toutes deux un logement qui permet de positionner les deux pièces diélectriques 1 et 2, et empêche leur glissement latéral par rapport à la ligne microbande 19.
  • La pièce 6 est un étrier, solidaire du support 4 : il permet de maintenir le bloc de diélectrique 3, contre la microbande 19, et participe à l'adaptation du disposiif de couplage.
  • Les dimensions des pièces diélectriques et métalliques, et notamment du support 4, par rapport à la microbande 19, sont telles qu'elles permettent d'introduire l'extrémité d'une microbande exté­rieure 9 dans le logement prévu dans le support 4 pour la pièce 1. La microbande 9 comprend un substrat, de permittivité ε₁, une métal­ lisation de plan de masse sur une face principale du substrat, et la piste métallique de la ligne microbande sur l'autre face principale du substrat : elle se présente sous forme d'une languette.
  • Cette ligne microbande extérieure 9 repose -lorsqu'elle est en place- par son plan de masse sur le support 4 ; elle vient buter contre la pièce diélectrique 1, et la ligne microbande à proprement parler est en contact avec l'extrémité 19 de l'âme centrale 12. Le bloc de diélectrique 3 et l'étrier 6 appuient l'extrémité 19 de l'âme centrale 12 contre la microbande 9. Pour que le contact électrique soit bon, l'extrémité 19 est collée sur la microbande 9 au moyen d'une colle conductrice. Dans une vairante l'extrémité 19 peut glisser sur la microbande 9 lors de grandes variations de température.
  • La nature (ε₃) du bloc 3, et les dimensions du bloc 3 (l₃) et de l'étrier 6 (L₄), mesurées selon l'axe de la ligne microbande 19, permettent, par ajustement, la compensation des réactances de discontinuité.
  • La figure 4 complète la figure 3, en montrant, vu en plan, un isolateur muni du dispositif de couplage selon l'invention, ainsi qu'une ligne microbande extérieure sur le point d'être connectée au coupleur. De façon à mieux voir la structure de l'ensemble, l'isolateur est coupé au niveau de l'âme centrale 12 et, pour le coupleur, les pièces diélectriques 2 et 3 ainsi que les pièces métalliques 5 et 6 sont retirées.
  • Il a été dit que le couplage est obtenu en utilisant plusieurs éléments de ligne de faible largeur et de dimensions transversales petites devant la longueur d'onde, le type et la structure de ces éléments étant différents de façon à réaliser une transition progres­sives, par paliers, entre la répartition symétrique ou dissymétrique des champs. Dans cette transition progressive, l'isolateur impose que l'élément de ligne qui lui est le plus proche soit symétrique. C'est bien le cas de la ligne triplaque formée par :
    - le plan de masse 21 de la première pièce diélectrique 1
    - la ligne microbande 20 en contact avec la ligne microbande
    - la métallisation 23 de la deuxième pièce diélectrique 2.
  • Le dispositif de couplage selon l'invention assure donc la transition entre un appareil dans lequel la répartition des champs est symétrique (OSEL) et un circuit dans lequel elle est dissymétrique au moyen de quatre paliers dans lesquels les modes sont différents :
    - le mode symétrique OSEL, à ondes de surface électro­magnétiques, au niveau de l'isolateur 10 + 11 + 12 et de son adaptation 7 + 8
    - le mode triplaque au niveau de la branche transversale 22 de la première pièce diélectrique 1 et de la deuxième pièce diélec­trique 2
    - le mode microbande et réactance au niveau du bloc diélec­trique 3 et de l'étrier 6
    - le mode dissymétrique microbande au niveau de la micro­bande extérieure 9.
  • Le maintien de la largeur de l'âme centrale tout au long de la transition à des valeurs très proches de celle du niveau de couplage est un point essentiel de la transition. Les dimensions (l₁, l₂, l₃, l₄ et hd3) des autres pièces sont ajustées pour maintenir le niveau d'impédance nécessaire, c'est à dire généralement proche de 50 ohms.
  • Pour que la réalisation du coupleur donne une bonne adaptation globale pour l'isolateur et ses transitions, par exemple un rapport d'ondes stationnaires ROS = 1,35 dans une plage comprise entre 6 et 18 GHz, un certain nombre de conditions sont nécessaires. Les unes sont d'ordre mécanique :
    - que l'épaisseur hL de la microbande 9 soit inférieure à l'épaisseur hF des plaques de ferrite 10 et 11
    hL < hF
    - que l'épaisseur hL de la microbande 9 soit égale à l'épaisseur hd1 et hd2 des pièces diélectriques 1 et 2
    hL = hd1 = hd2
  • Les autres sont liées à la longueur d'onde λ dans un matériau de permittivité ε, étant connu que :
    Figure imgb0001
     - la largeur l₁ = l₂ de la région triplaque (largeur des pièces diélectriques 1 et 2) doit être très inférieure au quart de la longueur d'onde dans le matériau diélectrique (ε₁) de ces pièces, à la fréquence la plus haute
    Figure imgb0002
     - la longueur L₁ = L₂ de ces mêmes pièces 1 et 2 doit être inférieure à la moitié de la longueur d'onde dans ce même matériau, à la fréquence la plus haute
    Figure imgb0003
     - la largeur l₃ du bloc diélectrique 3 doit être très inférieure au quart de la longueur d'onde dans le matériau diélectrique (ε₃) du bloc 3, à la fréquence la plus haute
    Figure imgb0004
  • L'invention a été exposée en s'appuyant sur le cas d'un isolateur OSEL, et en ne décrivant et représentant qu'un seul dispositif de couplage. Il est évident pour l'homme du métier que si le dispositif symétrique comporte plus d'une connexion extérieure, il est muni du nombre adéquat de dispositifs de couplage à une ligne microbande extérieure. Par exemple, l'isolateur de la figure 4 comprend dans sa réalisation un coupleur sur l'extémité 18 de l'âme centrale et un coupleur sur l'extrémité 19. En variante, le second accès peut être équipé d'un correcteur.
  • Le dispositif de couplage selon l'invention fonctionne au moins dans la gamme de fréquence 6 - 18 GHz, avec des pertes d'insertion inférieures à 1,6 dB et un rapport d'ondes stationnaires aux accès inférieur à 1,35.
  • Il est applicable à tous dispositifs à ondes de surface fonction­nant selon un mode symétrique de répartition des champs, pourvu que ces dispositifs soient dotés d'au moins une ligne d'accès de type microbande.
  • Les variantes possibles sur la forme, la nature des matériaux ou la réalisation, évidentes pour l'homme de l'art, font partie du domaine de l'invention, précisée par les revendications suivantes.

Claims (14)

1. Dispositif de couplage entre une ligne symétrique à ondes de surface électromagnétiques et une ligne microbande extérieure, la ligne à ondes de surface, terminée par au moins une ligne microbande d'accès (19), fonctionnant selon un mode symétrique de répartition des champs, tandis que la ligne microbande extérieure (9) fonctionne selon un mode dissymétrique de répartition des champs, ce dispositif de couplage étant caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'éléments de lignes (1, 2, 3) de faibles longueurs et de dimensions transversales petites devant la longueur d'onde du signal, la nature et la structure de ces éléments de ligne (1, 2, 3) fournissant une transition progressive entre les modes symétrique et dissymétrique en quatre paliers :
- mode à onde de surface électromagnétique, symétrique
- mode triplaque (1+2)
- mode microbande à deux diélectriques différents
- mode microbande à air (9), dissymétrique.
2. Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de ligne en mode triplaque comprend :
- une première pièce (1), en matériau diélectrique, en forme de T, dont une face principale métallisée constitue le plan de masse (21) et dont une autre face principale est métallisée et gravée pour former une microbande (20) perpendiculaire à la branche trans­versale du T,
- une deuxième pièce (2), en matériau diélectrique, en forme de languette, dont une face principale est métallisée (23),
- ces deux pièces diélectriques (1, 2) étant appuyées chacune contre une face de la microbande d'accès (19) de la ligne à onde de surface, la première pièce (1) de façon que sa microbande gravée (20) soit dans l'axe de la microbande d'accès (19), la seconde pièce (2) de façon que sa métallisation soit perpendiculaire et en contact avec la microbande d'accès (19).
3. Dispositif de couplage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les première et deuxième pièces diélectriques (1, 2) sont maintenues en place et appuyées contre la ligne microbande d'accès (19) au moyen de deux pièces métalliques (4, 5), en matériau non magnétique, solidaires du dispositif à ondes de surface (16, 17), la première pièce métallique (4) constituant un support pour la première pièce diélectrique (1) et pour la microbande d'accès (19), en même temps que le plan de masse du dispositif de couplage, et la deuxième pièce métallique (5) constituant un élément de pression de la deuxième pièce diélectrique (2) contre la microbande d'accès (19).
4. Dispositif de couplage selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément de ligne en mode microbande à adaptation de réactance comprend une troisième pièce (3), en matériau diélec­trique, en forme de bloc, posé sur l'extrémité de la microbande d'accès (19), entre l'élément de ligne en mode triplaque (1 + 2 + 4 + 5) et la microbande extérieure (9).
5. Dispositif de couplage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la troisième pièce diélectrique (3) est maintenue en place par une troisième pièce métallique (6), en forme d'étrier, en matériau non magnétique.
6. Dispositif de couplage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support métallique (4) comporte un logement pour posi­tionner la première pièce diélectrique (1) et l'extrémité de la ligne microbande extérieure (9), celle-ci étant en butée contre la première pièce diélectrique (1) et en contact avec l'extrémité de la microbande d'accès (19).
7. Dispositif de couplage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la microbande d'accès (19) est collée sur la ligne microbande extérieure (9) au moyen d'une colle conductrice ou permet le glissement.
8. Dispositif de couplage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les première et deuxième pièces diélectriques (1, 2) sont en matériau de même permittivité (ε₁) que le matériau diélectrique substrat de la ligne microbande extérieure (9) et ont même épaisseur de diélectrique (hd1, hd2) que ledit substrat (hL) de ligne extérieure
hd1 = hd2 = hL
9. Dispositif de couplage selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que la permittivité (ε₃) de la troisième pièce diélectrique (3), son épaisseur (hd3), sa longueur (l₃) et la longueur (l₄) de l'étrier métallique (6) sont ajustées pour réaliser l'adaptation des réactances de discontinuité.
10. Dispositif de couplage selon la revendication 2, caractérisé en ce que , L₁ et L₂ étant les longueurs des première et deuxième pièces diélectriques (1, 2), mesurées perpendiculairement à la microbande d'accès (19), et l₁ et l₂ étant les largeurs de ces mêmes pièces, il est nécesaire que
Figure imgb0005
 λε1 étant la longueur d'onde, à la fréquence maximale, dans le matériau diélectrique de permittivité ε₁.
11. Dispositif de couplage selon la revendication 4, caractérisé en ce que, l₃ étant la longueur de la troisième pièce diélectrique (3), mesurée selon l'axe de la microbande d'accès (19), il est nécessaire que
Figure imgb0006
 λε3 étant la longueur d'onde, à la fréquence maximale, dans le matériau diélectrique de permittivité ε₃.
12. Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trois pièces diélectriques (1, 2, 3) formant éléments de ligne sont en polytétrafluoroéthylène, chargé de fibres de verre pour les première et deuxième pièces (1, 2).
13. Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trois pièces diélectriques (1, 2, 3) formant éléments de ligne sont en matériau céramique tel que l'alumine.
14. Dispositif de couplage selon l'une des revendications 3 ou 5, caractérisé en ce que les trois pièces métalliques (4, 5, 6) sont en laiton ou en bronze au beryllium.
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