EP1037300A1 - Radio frequency transformer and its use - Google Patents
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- EP1037300A1 EP1037300A1 EP00400288A EP00400288A EP1037300A1 EP 1037300 A1 EP1037300 A1 EP 1037300A1 EP 00400288 A EP00400288 A EP 00400288A EP 00400288 A EP00400288 A EP 00400288A EP 1037300 A1 EP1037300 A1 EP 1037300A1
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- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
- H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced with unbalanced lines or devices
Definitions
- the subject of the invention is a symmetrical radiofrequency transformer asymmetric says balun and its use. Its field of application is that processing of radio frequency signals, and more particularly that of mobile telephony.
- the object of the invention is to reduce the size of a such a transformer, produced in lines printed on a main board, so to reduce the cost price.
- transformers by their nature have characteristics of dimension frozen. These transformers are seen as octopoles (four access) reciprocal liabilities. Each access is connected respectively to an output by a line. One of the accesses is connected to a ground, while on a second access is applied a high frequency signal of amplitude A. We recover at the output two signals, each on an output, having an amplitude A / k, and has degrees out of phase. The factors k and ⁇ are determined respectively by the distance between each of the lines making up the transformer and by the length and width of each of these lines. Conversely, we apply as output two amplitude signals A / k and phase shifted by ⁇ degrees for recover, on the second access, a signal of amplitude 2A / k. The dimensions elements of the transformer components are imposed by the phase shift ⁇ . Therefore such a transformer has a minimum size.
- radio frequency transformers contain a substrate plate made of insulating material. Each of the lines making up the transformer is placed on one side of the substrate plate. These lines have parallel paths which are either a straight line or a loop, in order to save space. The lines are thus made on two levels, on either side of the substrate. These transformers are also sometimes made from coaxial cable. The two coupled lines are then formed by the core and the shield of the coaxial cable. To the problem space congestion then graft a problem space requirement.
- the realization of a mobile phone may require the use of several radio frequency transformers. If these are done using coaxial cables for example, they take up space in thickness and surface, which can affect the design and cost of the mobile phone. Yes other solutions are chosen, thickness problems can be resolved but the area used by the transformers cannot be used for other functions, the size of the mobile phone will increase.
- the invention solves these problems by making a high transformer frequency on at least four levels.
- the four levels are for example metallization levels of a multilayer printed circuit.
- the printed circuit has six levels.
- the fact of making the transformer on four levels is not annoying for printed circuits used, since the majority of mobile phones already use printed circuits with six-level technologies.
- the surface dimensions of the transformer according to the invention on printed circuits is then strongly reduced. Using the internal layers of a multilayer circuit frees up the surface where surface components are implantable.
- the invention also relates to the use of such a transformer in a mobile phone modulator or demodulator.
- Figure 1 shows a transformer according to the invention.
- the transformer includes a first main line 1 composed of two sections 2 and 4 of lines connected between them by a metallized hole 3. Hole 3 is represented by a coil because of its inductive effect. This inductive effect is also present for the other holes.
- Section 2 of line at an origin 5 and an end of line 6.
- Section 4 of line has an origin 7 and an end 8 of line.
- the hole 3 connects the sections 2 and 4 by their respective ends 6 and 7.
- the origin 5 of section 2 of the line is considered to be the origin of line 1.
- the end 8 of line section 4 is considered to be the exit port of the line 1.
- Figure 1 also shows a line 9 comprising elements numbered from 10 to 16 similar to the elements of line 1 respectively numbered from 2 to 8.
- this transformer includes a winding of lines on a cylinder.
- a turn of this winding is carried out on a level.
- the towers of the two cylindrical transformer lines are intertwined. Passing a level to another for a line is done at a place other than the passage of a level to another for another line. In this way, the lines are not never shorted.
- each lines have a length of ⁇ / 4, where ⁇ is the wavelength of the frequency, in the dielectric, at which the radiofrequency transformer must work.
- the cylinder has a square section. From its origin 5 line 1 extends in a direction D over a length of ⁇ / 4/15. Then line 1 rotates an angle of 90 ° counterclockwise and extends over a length of ⁇ / 4 / 7.5. It turns again by an angle of 90 ° counterclockwise to extend again by a distance of ⁇ / 4 / 7.5.
- These four extensions extend from end 5 to end 6 on a level.
- an extension in L the fact, for the line, to turn at an angle of 90 ° in a counterclockwise direction and then to extend over a distance L.
- the line makes an extension in L of length ⁇ / 4 / 7.5 for get to the end 6 of the line section.
- the ends 6 and 7 are at the vertical to each other and connected by hole 3. From end 7 the line 1 extends on a second level in direction D over a length ⁇ / 4 / 7.5. Then she makes two extensions in ⁇ / 4 / 7.5 followed by two extensions in ⁇ / 4/15. Line 1 therefore extends in total over a length of ⁇ / 4 and on two levels.
- Origin 13 of line 9 is located on a third level at vertical and below the origin 5 of the line 1. From its origin 13 line 9 extends over a distance ⁇ / 4/15 in a direction D. Then it performs two extensions in ⁇ / 4 / 7.5. Then an extension on a distance slightly less than ⁇ / 4 / 7.5, to reach the end 14. It is necessary indeed prevent line 9 from meeting hole 3 belonging to line 1, which would create a short circuit.
- the end 15 is located on a fourth level vertically and below, in the example chosen, the end 14. From from end 15 line 9 extends in a straight line until it is at the vertical lines 6 and 7 of line 1. From here, line 9 extends in direction D over a length ⁇ / 4 / 7.5. Then do two extensions of ⁇ / 4 / 7.5 followed by two extensions of ⁇ / 4/15. Line 9 also has a length of ⁇ / 4 and also extends over two levels.
- the ends 8 and 16 of lines 1 and 9 should be slightly offset from each other. They are close to each other in front of ⁇ / 4. They are located inside the loops drawn by the path of the lines 1 and 9. The recovery of the signals on these lines cannot therefore be done only thanks to holes 17 and 18 metallized, and drilled from the ends 8 and 16. These ends 8 and 16 must not be vertical or from each other, nor of the line to which they do not belong because holes 17 and 18 do not must meet no line in their path.
- the other ends of the holes 17 and 18 are ports 19 and 20 which allow signals to be recovered present respectively on the ends 8 and 16.
- the line 1 extends in planes P1 and P3
- line 9 extends in planes P2 and P4.
- ports 19 and 20 are preferably in a P5 plane located in below plans P1 to P4.
- plans stack in order, from the highest down P1, P2, P3, P4 then P5.
- plans lines 1 and 9 are wrapped around a cube.
- the lines could be wound on a circular cylinder or any other geometric element of constant section and having a vertical axis.
- ports 19 and 20 could be locate in any plane. It would suffice for this that the last extension of lines 1 and 9 is not done with a 90 ° angle in the trigonometric, but with an angle of 90 ° clockwise of a watch. This would allow the positioning of the ports 19 and 20 in any other plane, from P1 to P5, but that would have consequence an increase of the surface necessary for the implantation of the high frequency transformer.
- FIG. 1 also shows a ground plane 21 of triangular shape and contained in the P2 plan.
- One end of the ground plane 21 is connected to the input port 13 of line 9.
- the plane 21 allows to bring the mass to port 13 by limiting parasitic effects.
- the distance between the planes P1, P2, P3 and P4 is determined by the coupling factor k that one wishes to obtain, it also varies according to the dielectric between the planes. Generally it is weak by compared to ⁇ / 4.
- the planes are equidistant.
- a transformer according to the invention can be installed as a discrete component on a printed circuit.
- the invention of preferably it is made directly in the printed circuit.
- the principle of realization is the same.
- a multilayer circuit that is to say a circuit which can be seen as a stack of several plates of the same substrate, or of a different substrate. Between each plate can be drawn from the tracks. So with five stacked substrate plates, we obtains a six-layer circuit. The different substrate plates can be drilled with holes, each of these holes being able to be metallized. It is therefore possible to install a high frequency transformer according to the invention in such a circuit.
- To make it a discrete component just cut the circuit interesting and put it in a case by highlighting the four ports of the transformer by tracks connected to the legs of the housing. This allows the component obtained to be installed on a circuit.
- the passages from one turn to another are carried out in choosing a different cylinder for one line than the one chosen for another line. If necessary, the two cylinders differ from each other only by a little stall.
- FIG. 2 shows for this purpose a line 21 comprising a section of line 22, a hole 23 and a section of line 24 similar to line 1 of the Figure 1.
- Figure 2 also shows a line 25 comprising a section of line 26, a hole 27 and a section of line 28.
- Line 21 has an origin 29, and line 25 has an origin 30 located vertically from origin 29.
- Line 25 extends from its origin 30 in a direction D of length ⁇ / 4/15 then two extensions of length ⁇ / 4 / 7.5 followed by an extension slightly less than ⁇ / 4 / 7.5 in length.
- line 25 performs a deviation of a very small length in front of ⁇ / 4 / 7.5, in order to deviate from the vertical of the line segment 22 at the end 31 of the segment 26 of line 25.
- One end 32 of section 28 of line is situated vertically the end 31. From the end 32, the line 25 extends in a direction perpendicular to the section of the section 24 in contact with the hole 23 from line 21 until it is vertical to the latter. Then line 25 extends in a direction D over a length slightly less than ⁇ / 4 / 7.5 then performs two extensions in ⁇ / 4 / 7.5, then two extensions in ⁇ / 4/15. We thus arrive at one end 33 of line 25.
- Line 21 has a end 34.
- the signals are recovered on ports 33 and 34 in a way identical to that described for figure 1, for ports 8 and 16.
- the way hole 27 is offset from line 21 allows holes 23 to be made and 27 in a through way, therefore to save on the cost end of the circuit containing one or more transformers according to the invention.
- Figure 3 shows an example of the use of transformers according to the invention.
- Figure 3 shows a local oscillator 301 connected to a phase shifter 302.
- Phase shifter 302 outputs two signals corresponding to the local oscillator but out of phase with each other by 90 °.
- An output of the phase shifter 302 is connected to an input 304 of a first transformer 303 according to the invention.
- a second entrance 305 from transformer 303 is connected to ground.
- Transformer 303 provides on an output 306 a signal corresponding to that of the oscillator 301, and on an output 307 a signal corresponding to that of the oscillator 301 but 180 ° out of phase with it.
- a second output of the phase shifter 302 provides a 90 ° phase shifted signal corresponding to that of oscillator 301.
- This output is connected to a first input 309 of a second transformer 308 according to the invention.
- a second entry 310 from transformer 308 is connected to ground.
- a first exit 311 from transformer 308 provides a signal corresponding to that of the oscillator 301 90 ° out of phase with respect to it.
- a second exit 312 from transformer 308 provides a signal corresponding to that of the oscillator 301 but 270 ° out of phase with respect to it.
- Exits 306, 307, 311 and 312 are connected to a modulator 313.
- the modulator 313 also receives a signal I 314 and a signal Q 315. These signals I and Q are obtained from known manner in a mobile phone. From all the signals that the modulator 313 is supplied in a known manner producing a signal radio frequency 316. This radio frequency signal is then transmitted by the mobile phone.
- Figure 4 shows a first transformer 401 according to the invention.
- a signal is applied radio frequency input while a second access 403 is connected to a mass.
- an output 405 of the transformer 401 delivers a signal of amplitude A1, equal to half the amplitude of the signal input, and in phase with this signal.
- An output 404, from transformer 401 delivers an amplitude signal A1, 180 ° out of phase with the signal entry.
- the accesses 402 to 404 correspond respectively to accesses 5, 13, 20 and 19.
- the outputs 404 and 405 are connected simultaneously to mixers 406 and 407.
- Figure 4 also shows a second transformer 408 according to the invention.
- a first access 409 of the transformer 408 we apply a signal delivered by a local oscillator 413.
- a second access 410 of the transformer 408 is connected to ground.
- a output 411 of transformer 408 delivers a 180 ° phase shifted signal by relation to the signal from the local oscillator 413 and of amplitude A2 equal to the half the amplitude of the signal delivered by the oscillator 413.
- An output 412 from transformer 408 delivers an amplitude signal A2, in phase with the signal delivered by the oscillator 413.
- the accesses 409 to 412 correspond respectively to accesses 5,13, 20 and 18.
- the outputs 411 and 412 are connected to a quadratic generator 414.
- the role of generator 414 is to shift the signals which it receives by 90 ° are subject.
- the generator 414 delivers, by separate ports, signals whose amplitude is a fraction, or a multiple, of the amplitude of the signal delivered by oscillator 413, and having phases of 0 °, 90 °, 180 ° and 270 ° by compared to the signal from oscillator 413, i.e. S0, S90, S180 and S270 these signals.
- the ports of the generator 414 delivering the signals S90 and S270 are connected to the mixer 406, the generator ports 414 delivering signals S0 and S180 are connected to mixer 407.
- Mixer 406 delivers + I and -I signals, the mixer 407 delivers + Q and -Q signals. These signals are demodulated signals available for processing. later, in a mobile phone for example.
- the signals S90 and S270 delivered by the generator 414 are also applied to inputs of a 415 mixer.
- the mixer 415 receives signals + I and -I, obtained in a known manner.
- the mixer 415 then delivers two phase-shifted radio frequency signals one by relative to the other by 180 ° and one of the two signals having a zero phase by report to the signal delivered by the oscillator 413.
- the signal having the null phase is applied to an access 420 of a third transformer 417 according to the invention.
- the other signal is applied to an input 421 of the transformer 417.
- the signals S0 and S180 delivered by the generator 414 are applied to inputs of a mixer 416.
- the mixer 416 receives + Q and -Q signals, obtained in a known manner.
- the mixer 416 then delivers two phase-shifted radio frequency signals relative to each other 180 ° and one of the two signals having a zero phase with respect to the signal delivered by oscillator 413.
- the signal having zero phase is applied to a access 420 of transformer 417.
- the other signal is applied to an input 421 of transformer 417.
- An output 419 of the transformer 417 is connected to ground.
- the ports 418 to 421 correspond accesses 5, 13, 19 and 20 respectively.
- the transformer 417 delivers via an output 418 an RFS radio frequency signal.
- a device such as that of FIG. 4 can be used in a mobile phone for example.
Abstract
Description
L'invention a pour objet un transformateur radiofréquence symétrique asymétrique dit balun et son utilisation. Son domaine d'application est celui du traitement des signaux radiofréquences, et plus particulièrement celui de la téléphonie mobile. Le but de l'invention est de réduire l'encombrement d'un tel transformateur, réalisé en lignes imprimées sur une carte principale, afin de diminuer le prix de revient.The subject of the invention is a symmetrical radiofrequency transformer asymmetric says balun and its use. Its field of application is that processing of radio frequency signals, and more particularly that of mobile telephony. The object of the invention is to reduce the size of a such a transformer, produced in lines printed on a main board, so to reduce the cost price.
Ces transformateurs par leur nature ont des caractéristiques de dimension figées. Ces transformateurs sont vus comme des octopôles (quatre accès) passifs réciproques. Chaque accès est relié respectivement à une sortie par une ligne. Un des accès est relié à une masse, alors que sur un second accès est appliqué un signal haute fréquence d'amplitude A. On récupère à la sortie deux signaux, chacun sur une sortie, ayant une amplitude A/k, et déphasés de degrés. Les facteurs k et sont déterminés respectivement par la distance entre chacune des lignes composant le transformateur et par la longueur et la largeur de chacune de ces lignes. Réciproquement, on applique en sortie deux signaux d'amplitude A/k et déphasés de degrés pour récupérer, sur le second accès, un signal d'amplitude 2A/k. Les dimensions physiques des éléments composant le transformateur sont imposées par le déphasage . De ce fait un tel transformateur a un encombrement minimal.These transformers by their nature have characteristics of dimension frozen. These transformers are seen as octopoles (four access) reciprocal liabilities. Each access is connected respectively to an output by a line. One of the accesses is connected to a ground, while on a second access is applied a high frequency signal of amplitude A. We recover at the output two signals, each on an output, having an amplitude A / k, and has degrees out of phase. The factors k and are determined respectively by the distance between each of the lines making up the transformer and by the length and width of each of these lines. Conversely, we apply as output two amplitude signals A / k and phase shifted by degrees for recover, on the second access, a signal of amplitude 2A / k. The dimensions elements of the transformer components are imposed by the phase shift . Therefore such a transformer has a minimum size.
A l'heure actuelle les transformateurs radiofréquences contiennent une plaque de substrat en matériaux isolant. Chacune des lignes composant le transformateur est placée sur une des faces de la plaque de substrat. Ces lignes ont des cheminements parallèles qui sont soit une droite soit une boucle, dans le but d'économiser de la surface. Les lignes sont ainsi réalisées à deux niveaux, de part et d'autre du substrat. Ces transformateurs sont aussi parfois réalisés à partir d'un câble coaxial. Les deux lignes couplées sont alors constituées par l'âme et le blindage du câble coaxial. Au problème d'encombrement de surface vient alors se greffer un problème d'encombrement d'espace.At present radio frequency transformers contain a substrate plate made of insulating material. Each of the lines making up the transformer is placed on one side of the substrate plate. These lines have parallel paths which are either a straight line or a loop, in order to save space. The lines are thus made on two levels, on either side of the substrate. These transformers are also sometimes made from coaxial cable. The two coupled lines are then formed by the core and the shield of the coaxial cable. To the problem space congestion then graft a problem space requirement.
La réalisation d'un téléphone mobile peut nécessiter l'utilisation de plusieurs transformateurs radiofréquences. Si ceux-ci sont réalisés à l'aide de câbles coaxiaux par exemple, ils prennent de la place en épaisseur et en surface, ce qui peut nuire au design et au coût du téléphone mobile. Si d'autres solutions sont choisies, les problèmes d'épaisseur peuvent être résolus mais la surface utilisée par les transformateurs ne pourra pas être employée pour d'autres fonctions, la taille du téléphone mobile augmentera.The realization of a mobile phone may require the use of several radio frequency transformers. If these are done using coaxial cables for example, they take up space in thickness and surface, which can affect the design and cost of the mobile phone. Yes other solutions are chosen, thickness problems can be resolved but the area used by the transformers cannot be used for other functions, the size of the mobile phone will increase.
L'invention résout ces problèmes en réalisant un transformateur haute fréquence sur au moins quatre niveaux. Les quatre niveaux sont par exemple des niveaux de métallisation d'un circuit imprimé multicouches. Dans un exemple le circuit imprimé a six niveaux. Le fait de réaliser le transformateur sur quatre niveaux n'est pas gênant pour des circuits imprimés utilisés, puisque la majorité des téléphones mobiles utilisent déjà des circuits imprimés avec des technologies à six niveaux. L'encombrement de surface du transformateur selon l'invention sur des circuits imprimés est alors fortement réduit. Le fait d'utiliser les couches internes d'un circuit multicouches libère de la surface où des composants de surface sont implantables.The invention solves these problems by making a high transformer frequency on at least four levels. The four levels are for example metallization levels of a multilayer printed circuit. In one example the printed circuit has six levels. The fact of making the transformer on four levels is not annoying for printed circuits used, since the majority of mobile phones already use printed circuits with six-level technologies. The surface dimensions of the transformer according to the invention on printed circuits is then strongly reduced. Using the internal layers of a multilayer circuit frees up the surface where surface components are implantable.
L'invention a donc pour objet un transformateur radiofréquence comportant :
- deux lignes principales ayant des cheminements parallèles,
- quatre ports constitués par les extrémités des lignes principales,
caractérisé en ce que - les lignes principales s'étendent sur au moins quatre niveaux différents matérialisés par quatre plans parallèles,
- deux niveaux correspondent à une première ligne et deux niveaux correspondent à une deuxième ligne.
- two main lines with parallel paths,
- four ports formed by the ends of the main lines,
characterized in that - the main lines extend over at least four different levels materialized by four parallel planes,
- two levels correspond to a first line and two levels correspond to a second line.
L'invention a aussi pour objet l'utilisation d'un tel transformateur dans un modulateur ou démodulateur d'un téléphone mobile.The invention also relates to the use of such a transformer in a mobile phone modulator or demodulator.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent :
- Figure 1 : une illustration d'un transformateur selon l'invention ;
- Figure 2 : une illustration d'un transformateur selon l'invention dont tous les trous métallisés sont débouchants ;
- Figure 3 : un exemple d'utilisation d'un transformateur radiofréquence selon l'invention dans un modulateur d'un téléphone mobile.
- Figure 4 : un exemple d'utilisation d'un transformateur selon l'invention dans un modulateur-démodulateur.
- Figure 1: an illustration of a transformer according to the invention;
- Figure 2: an illustration of a transformer according to the invention in which all the metallized holes are through;
- Figure 3: an example of use of a radio frequency transformer according to the invention in a modulator of a mobile phone.
- Figure 4: an example of the use of a transformer according to the invention in a modulator-demodulator.
La figure 1 montre un transformateur selon l'invention. Le
transformateur comprend une première ligne 1 principale composée de deux
tronçons 2 et 4 de lignes reliés ente eux par un trou 3 métallisé. Le trou 3 est
représenté par une bobine à cause de son effet inductif. Cet effet inductif est
aussi présent pour les autres trous. Le tronçon 2 de ligne à une origine 5 et
une fin 6 de ligne. Le tronçon 4 de ligne a une origine 7 et une fin 8 de ligne.
Le trou 3 connecte les tronçons 2 et 4 par leurs extrémités respectives 6 et 7.
L'origine 5 du tronçon 2 de ligne est considéré comme l'origine de la ligne 1.
La fin 8 du tronçon de ligne 4 est considérée comme le port de sortie de la
ligne 1. La figure 1 montre aussi une ligne 9 comprenant des éléments
numérotés de 10 à 16 similaires aux éléments de la ligne 1 respectivement
numérotés de 2 à 8.Figure 1 shows a transformer according to the invention. The
transformer includes a first
Dans un exemple préféré de réalisation du transformateur, ce transformateur comporte un enroulement des lignes sur un cylindre. Dans l'invention un tour de cet enroulement est réalisé sur un niveau. Pour passer à un autre tour, on change de niveau le long du cylindre. Les tours des deux lignes cylindriques du transformateur sont entrelacés. Le passage d'un niveau à un autre pour une ligne s'effectue à un autre endroit que le passage d'un niveau à un autre pour une autre ligne. De celle façon, les lignes ne sont jamais en court-circuit.In a preferred embodiment of the transformer, this transformer includes a winding of lines on a cylinder. In the invention a turn of this winding is carried out on a level. To go to another turn, we change the level along the cylinder. The towers of the two cylindrical transformer lines are intertwined. Passing a level to another for a line is done at a place other than the passage of a level to another for another line. In this way, the lines are not never shorted.
Dans un exemple on souhaite obtenir un déphasage de 180° entre les
ports 8 et 16 de sortie. La théorie des lignes impose qu'il faut que chacune
des lignes ait une longueur de λ/4, où λ est la longueur d'ondes de la
fréquence, dans le diélectrique, à laquelle le transformateur radiofréquence
doit fonctionner. Dans l'exemple, le cylindre a une section carrée. A partir de
son origine 5 la ligne 1 s'étend dans une direction D sur une longueur de
λ/4/15. Puis la ligne 1 tourne d'un angle de 90° dans le sens trigonométrique
et s'étend sur une longueur de λ/4/7,5. Elle tourne à nouveau d'un angle de
90° dans le sens trigonométrique pour s'étendre à nouveau d'une distance de
λ/4/7,5. Ces quatre extensions s'étendent de l'extrémité 5 à l'extrémité 6 sur
un niveau. On appelle prolongement en L le fait, pour la ligne, de tourner
d'un angle de 90° dans le sens trigonométrique puis de s'étendre sur une
distance L. La ligne effectue un prolongement en L de longueur λ/4/7,5 pour
arriver à l'extrémité 6 du tronçon de ligne. Les extrémités 6 et 7 sont à la
verticale l'une de l'autre et reliées par le trou 3. A partir de l'extrémité 7 la
ligne 1 s'étend sur un deuxième niveau dans la direction D sur une longueur
de λ/4/7,5. Puis elle effectue deux prolongements en λ/4/7,5 suivis de deux
prolongements en λ/4/15. La ligne 1 s'étend donc au total sur une longueur
de λ/4 et sur deux niveaux.In an example, we want to obtain a 180 ° phase shift between the
L'origine 13 de la ligne 9 est située sur un troisième niveau à la
verticale et en dessous de l'origine 5 de la ligne 1. A partir de son origine 13
la ligne 9 s'étend sur une distance λ/4/15 dans une direction D. Puis elle
effectue deux prolongements en λ/4/7,5. Puis un prolongement sur une
distance légèrement inférieure à λ/4/7,5, pour arriver à l'extrémité 14. Il faut
en effet éviter que la ligne 9 ne rencontre le trou 3 appartenant à la ligne 1,
ce qui créerait un court-circuit. L'extrémité 15 se situe sur un quatrième niveau
à la verticale et en dessous, dans l'exemple choisi, de l'extrémité 14. A partir
de l'extrémité 15 la ligne 9 se prolonge en ligne droite jusqu'à être à la
verticale des extrémités 6 et 7 de la ligne 1. A partir de là, la ligne 9 s'étend
dans la direction D sur une longueur λ/4/7,5. Puis effectue deux
prolongements de λ/4/7,5 suivi de deux prolongements de λ/4/15. La ligne 9
a elle aussi une longueur de λ/4 et s'étend aussi sur deux niveaux.
Les extrémités 8 et 16 des lignes 1 et 9 doivent être légèrement
décalées l'une de l'autre. Elles sont proches l'une de l'autre devant λ/4. Elles
se situent en effet à l'intérieur des boucles dessinées par le cheminement des
lignes 1 et 9. La récupération des signaux sur ces lignes ne peut donc se faire
que grâce à des trous 17 et 18 métallisés, et percés à partir des extrémités 8
et 16. Ces extrémités 8 et 16 ne doivent être à la verticale ni l'une de l'autre,
ni de la ligne à laquelle elles n'appartiennent pas car les trous 17 et 18 ne
doivent rencontrer aucune ligne sur leur passage. Les autres extrémités des
trous 17 et 18 sont des ports 19 et 20 qui permettent de récupérer les signaux
présents respectivement sur les extrémités 8 et 16. Dans l'exemple choisi, la
ligne 1 s'étend dans des plans P1 et P3, la ligne 9 s'étend dans des plans P2
et P4. Alors les ports 19 et 20 sont de préférence dans un plan P5 situé en
dessous des plans P1 à P4.The ends 8 and 16 of
Dans l'exemple choisi les plans s'empilent dans un ordre, du plus haut
vers le plus bas P1, P2, P3, P4 puis P5. Dans ces plans les lignes 1 et 9
s'enroulent sur un cube.In the example chosen the plans stack in order, from the highest
down P1, P2, P3, P4 then P5. In these
Dans une variante de l'invention les lignes pourraient s'enrouler sur un cylindre circulaire ou tout autre élément géométrique de section constante et ayant un axe vertical.In a variant of the invention, the lines could be wound on a circular cylinder or any other geometric element of constant section and having a vertical axis.
Dans une autre variante de l'invention les ports 19 et 20 pourraient se
situer dans n'importe quel plan. Il suffirait pour cela que le dernier
prolongement des lignes 1 et 9 ne soit pas fait avec un angle de 90° dans le
sens trigonométrique, mais avec un angle de 90° dans le sens des aiguilles
d'une montre. Cela aurait pour effet de permettre le positionnement des ports
19 et 20 dans n'importe quel autre plan, de P1 à P5, mais cela aurait pour
conséquence une augmentation de la surface nécessaire à l'implantation du
transformateur haute fréquence. In another variant of the invention,
La figure 1 montre aussi un plan 21 de masse de forme triangulaire et
contenu dans le plan P2. Une extrémité du plan 21 de masse est connectée au
port 13 d'entrée de la ligne 9. Par sa surface importante, le plan 21 permet
d'amener la masse jusqu'au port 13 en limitant des effets parasites.FIG. 1 also shows a
La distance entre les plans P1, P2, P3 et P4 est déterminée par le facteur de couplage k que l'on souhaite obtenir, elle varie aussi en fonction du diélectrique compris entre les plans. En règle général elle est faible par rapport à λ/4. De préférence les plans sont équidistants.The distance between the planes P1, P2, P3 and P4 is determined by the coupling factor k that one wishes to obtain, it also varies according to the dielectric between the planes. Generally it is weak by compared to λ / 4. Preferably the planes are equidistant.
Dans la pratique un transformateur selon l'invention peut être implanté en tant que composant discret sur un circuit imprimé. Dans l'invention de préférence il est réalisé directement dans le circuit imprimé. Dans les deux cas le principe de réalisation est le même. On utilise un circuit multicouches, c'est-à-dire un circuit qui peut être vu comme un l'empilement de plusieurs plaques de même substrat, ou d'un substrat différent. Entre chaque plaque peuvent être dessinées des pistes. Ainsi avec cinq plaques de substrat empilées, on obtient un circuit à six couches. Les différentes plaques de substrat peuvent être percées de trous, chacun de ces trous pouvant être métallisés. Il est donc possible d'implanter un transformateur haute fréquence selon l'invention dans un tel circuit. Pour en faire un composant discret il suffit de découper le circuit intéressant et de le mettre dans un boítier en faisant ressortir les quatre ports du transformateur par des pistes connectées à des pattes du boítier. Ceci permet d'implanter le composant obtenu sur un circuit.In practice a transformer according to the invention can be installed as a discrete component on a printed circuit. In the invention of preferably it is made directly in the printed circuit. In both cases the principle of realization is the same. We use a multilayer circuit, that is to say a circuit which can be seen as a stack of several plates of the same substrate, or of a different substrate. Between each plate can be drawn from the tracks. So with five stacked substrate plates, we obtains a six-layer circuit. The different substrate plates can be drilled with holes, each of these holes being able to be metallized. It is therefore possible to install a high frequency transformer according to the invention in such a circuit. To make it a discrete component just cut the circuit interesting and put it in a case by highlighting the four ports of the transformer by tracks connected to the legs of the housing. This allows the component obtained to be installed on a circuit.
La difficulté dans la technologie qui vient d'être décrite réside dans la
réalisation de trous qui ne traversent que certaines plaques du substrat. On
trouve de tels trous qui ne traversent pas complètement dans la figure 1 avec
les trous 3 et 11. Le trou 3 est dans la verticale du tronçon 12 de ligne, le trou
11 est dans la verticale du tronçon 10 de ligne. La figure 2 montre comment
faire de ces trous des trous débouchants, c'est-à-dire traversant toutes les
plaques du substrat.The difficulty in the technology which has just been described resides in the
making holes which only pass through certain plates of the substrate. We
finds such holes which do not completely cross in Figure 1 with
the
En variante, les passages d'un tour à un autre sont réalisés en choisissant un cylindre différent pour une ligne de celui choisi pour une autre ligne. Au besoin les deux cylindres ne se différencient l'un de l'autre que par un petit décrochage.As a variant, the passages from one turn to another are carried out in choosing a different cylinder for one line than the one chosen for another line. If necessary, the two cylinders differ from each other only by a little stall.
La figure 2 montre à cet effet une ligne 21 comportant un tronçon de
ligne 22, un trou 23 et un tronçon de ligne 24 similaire à la ligne 1 de la
figure 1. La figure 2 montre aussi une ligne 25 comportant un tronçon de
ligne 26, un trou 27 et un tronçon de ligne 28. La ligne 21 a une origine 29,
et la ligne 25 a une origine 30 située à la verticale de l'origine 29. La ligne 25
s'étend à partir de son origine 30 dans une direction D de longueur λ/4/15
puis deux prolongements de longueur λ/4/7,5 suivis d'un prolongement
d'une longueur légèrement inférieure à λ/4/7,5. A cet endroit la ligne 25
effectue un écart d'une longueur très petite devant λ/4/7,5, dans le but de
s'écarter de la verticale du tronçon de ligne 22 à l'extrémité 31 du tronçon 26
de ligne 25. Une extrémité 32 du tronçon 28 de ligne se situe à la verticale de
l'extrémité 31. A partir de l'extrémité 32, la ligne 25 s'étend dans une
direction perpendiculaire à la section du tronçon 24 en contact avec le trou 23
de la ligne 21 jusqu'à être à la verticale de ce dernier. Puis la ligne 25 s'étend
dans une direction D sur une longueur légèrement inférieure à λ/4/7,5 puis
effectue deux prolongements en λ/4/7,5, puis deux prolongements en
λ/4/15. On arrive ainsi à une extrémité 33 de la ligne 25. La ligne 21 a une
extrémité 34. Les signaux sont récupérés sur les ports 33 et 34 d'une manière
identique à celle décrite pour la figure 1, pour les ports 8 et 16. La façon dont
le trou 27 est décalé par rapport à la ligne 21 permet de réaliser les trous 23
et 27 de manière débouchante, donc d'effectuer une économie sur le coût
final du circuit contenant un ou plusieurs transformateurs selon l'invention.FIG. 2 shows for this purpose a
La figure 3 montre un exemple d'utilisation de transformateurs selon
l'invention. La figure 3 montre un oscillateur 301 local connecté à un
déphaseur 302. Le déphaseur 302 fournit en sortie deux signaux
correspondant à l'oscillateur local mais déphasés l'un par rapport à l'autre de
90°. Une sortie du déphaseur 302 est connectée à une entrée 304 d'un
premier transformateur 303 selon l'invention. Une deuxième entrée 305 du
transformateur 303 est connectée à une masse. Le transformateur 303 fournit
sur une sortie 306 un signal correspondant à celui de l'oscillateur 301, et sur
une sortie 307 un signal correspondant à celui de l'oscillateur 301 mais
déphasé de 180° par rapport à lui. Une deuxième sortie du déphaseur 302
fournit un signal déphasé de 90° correspondant à celui de l'oscillateur 301.
Cette sortie est connectée à une première entrée 309 d'un deuxième
transformateur 308 selon l'invention. Une deuxième entrée 310 du
transformateur 308 est connectée à une masse. Une première sortie 311 du
transformateur 308 fournit un signal correspondant à celui de l'oscillateur
301 déphasé de 90° par rapport à celui-ci. Une deuxième sortie 312 du
transformateur 308 fournit un signal correspondant à celui de l'oscillateur
301 mais déphasé de 270° par rapport à celui-ci. Les sorties 306, 307, 311
et 312 sont connectées à un modulateur 313. Le modulateur 313 reçoit aussi
un signal I 314 et un signal Q 315. Ces signaux I et Q sont obtenus de
manière connue dans un téléphone mobile. A partir de tous les signaux qui lui
sont fourni le modulateur 313 produit de manière connue un signal
radiofréquence 316. Ce signal radiofréquence est ensuite émis par le
téléphone mobile.Figure 3 shows an example of the use of transformers according to
the invention. Figure 3 shows a
Dans le cas d'un téléphone mobile particulièrement petit l'utilisation de l'invention est d'autant plus intéressante que deux transformateurs sont nécessaires. Le fait de pouvoir les incorporer dans un circuit imprimé de ce téléphone mobile contribue à augmenter la compacité et à réduire la taille de ce téléphone mobile.In the case of a particularly small mobile phone the use of the invention is all the more interesting as two transformers are required. The fact of being able to incorporate them into a printed circuit of this mobile phone helps to increase compactness and reduce the size of this mobile phone.
La figure 4 montre un premier transformateur 401 selon l'invention.
Sur un premier accès 402 du transformateur 401 on applique un signal
d'entré radiofréquence RFE alors qu'un deuxième accès 403 est connecté à
une masse. Dans cette configuration une sortie 405 du transformateur 401
délivre un signal d'amplitude A1, égale à la moitié de l'amplitude du signal
d'entrée, et en phase avec ce signal. Une sortie 404, du transformateur 401,
délivre un signal d'amplitude A1, déphasé de 180° par rapport au signal
d'entrée. Dans une analogie avec la figure 1 les accès 402 à 404
correspondent respectivement aux accès 5, 13, 20 et 19. Les sorties 404 et
405 sont connectées simultanément à des mélangeurs 406 et 407.Figure 4 shows a
La figure 4 montre également un deuxième transformateur 408 selon
l'invention. Sur un premier accès 409 du transformateur 408 on applique un
signal délivré par un oscillateur local 413. Un deuxième accès 410 du
transformateur 408 est connecté à une masse. Dans cette configuration une
sortie 411 du transformateur 408 délivre un signal déphasé de 180° par
rapport au signal de l'oscillateur 413 local et d'amplitude A2 égale à la
moitié de l'amplitude du signal délivré par l'oscillateur 413. Une sortie 412
du transformateur 408 délivre un signal d'amplitude A2, en phase avec le
signal délivré par l'oscillateur 413. Dans une analogie avec la figure 1 les
accès 409 à 412 correspondent respectivement aux accès 5,13, 20 et 18. Les
sorties 411 et 412 sont connectées à un générateur 414 quadratique.Figure 4 also shows a
Le rôle du générateur 414 est de déphaser de 90° les signaux qui lui
sont soumis. Le générateur 414 délivre, par des ports distincts, des signaux
dont l'amplitude est une fraction, ou un multiple, de l'amplitude du signal
délivré par l'oscillateur 413, et ayant des phases de 0°, 90°, 180° et 270° par
rapport au signal de l'oscillateur 413, soient respectivement S0, S90, S180 et
S270 ces signaux. Les ports du générateur 414 délivrant les signaux S90 et
S270 sont connectés au mélangeur 406, les ports du générateur 414 délivrant
les signaux S0 et S180 sont connectés au mélangeur 407. Le mélangeur 406
délivre des signaux +I et -I, le mélangeur 407 délivre des signaux +Q et -Q.
Ces signaux sont des signaux démodulés disponibles pour des traitements
ultérieurs, dans un téléphone mobile par exemple.The role of
Les signaux S90 et S270 délivrés par le générateur 414 sont aussi
appliqués à des entrées d'un mélangeur 415. Par d'autres entrées le
mélangeur 415 reçoit des signaux +I et -I, obtenus de manière connue. Le
mélangeur 415 délivre alors deux signaux radiofréquence déphasés l'un par
rapport à l'autre de 180° et l'un des deux signaux ayant une phase nulle par
rapport au signal délivré par l'oscillateur 413. Le signal ayant la phase nulle
est appliqué sur un accès 420 d'un troisième transformateur 417 selon
l'invention. L'autre signal est appliqué sur une entrée 421 du transformateur
417. Les signaux S0 et S180 délivrés par le générateur 414 sont appliqués à
des entrées d'un mélangeur 416. Par d'autres entrées, le mélangeur 416
reçoit des signaux +Q et -Q, obtenus de manière connue. Le mélangeur 416
délivre alors deux signaux radiofréquence déphasés l'un par rapport à l'autre
de 180° et l'un des deux signaux ayant une phase nulle par rapport au signal
délivré par l'oscillateur 413. Le signal ayant la phase nulle est appliqué sur un
accès 420 du transformateur 417. L'autre signal est appliqué sur une entrée
421 du transformateur 417.The signals S90 and S270 delivered by the
Une sortie 419 du transformateur 417 est connectée à une masse.
Dans une analogie avec la figure 1, les accès 418 à 421 correspondent
respectivement aux accès 5, 13, 19 et 20. Dans cette configuration le
transformateur 417 délivre par une sortie 418 un signal radiofréquence RFS.An
Un dispositif tel que celui de la figure 4 peut être utilisé dans un téléphone mobile par exemple.A device such as that of FIG. 4 can be used in a mobile phone for example.
Claims (10)
caractérisé en ce que
characterized in that
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