EP1037300B1 - Transformateur radiofréquence et son utilisation - Google Patents

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EP1037300B1
EP1037300B1 EP00400288A EP00400288A EP1037300B1 EP 1037300 B1 EP1037300 B1 EP 1037300B1 EP 00400288 A EP00400288 A EP 00400288A EP 00400288 A EP00400288 A EP 00400288A EP 1037300 B1 EP1037300 B1 EP 1037300B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transformer
line
lines
levels
ports
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00400288A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1037300A1 (fr
Inventor
Olivier Danet
Cyril Didier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TCT Mobile Ltd
Original Assignee
TCT Mobile Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TCT Mobile Ltd filed Critical TCT Mobile Ltd
Publication of EP1037300A1 publication Critical patent/EP1037300A1/fr
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Publication of EP1037300B1 publication Critical patent/EP1037300B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices

Definitions

  • the subject of the invention is an asymmetrical symmetrical radiofrequency transformer known as balun and its use. Its field of application is that of the processing of radio frequency signals, and more particularly that of mobile telephony.
  • the object of the invention is to reduce the size of such a transformer, made in printed lines on a main board, in order to reduce the cost price.
  • transformers by their nature have fixed dimension characteristics. These transformers are seen as reciprocal passive octopoles (four accesses). Each access is respectively connected to an output by a line. One of the accesses is connected to a mass, whereas on a second access is applied a high frequency signal of amplitude A. Two signals are recovered at the output, each on an output, having an amplitude A / k, and phase shifted by ⁇ degrees. The factors k and ⁇ are respectively determined by the distance between each of the lines constituting the transformer and by the length and the width of each of these lines. Conversely, two amplitude signals A / k and phase shifted by ⁇ degrees are output to recover, on the second port, a signal of amplitude 2A / k. The physical dimensions of the components of the transformer are imposed by the phase shift ⁇ . As a result, such a transformer has a minimal bulk.
  • RF transformers contain a substrate plate of insulating material. Each of the lines making up the transformer is placed on one of the faces of the substrate plate. These lines have parallel paths that are either a straight line or a loop, in order to save the surface. The lines are thus made at two levels, on either side of the substrate. These transformers are also sometimes made from a coaxial cable. The two coupled lines are then constituted by the core and the shielding of the coaxial cable. The surface congestion problem is then grafted a space congestion problem.
  • the realization of a mobile phone may require the use of several RF transformers. If they are made using coaxial cables for example, they take up space and thickness, which can affect the design and cost of the mobile phone. If other solutions are chosen, the thickness problems can be solved but the surface used by the transformers can not be Used for other functions, the size of the mobile phone will increase.
  • the invention solves these problems by providing a high frequency transformer on at least four levels.
  • the four levels are, for example, metallization levels of a multilayer printed circuit.
  • the printed circuit has six levels. Making the transformer on four levels is not a problem for used printed circuit boards, since the majority of mobile phones already use printed circuit boards with six-level technologies.
  • the surface area of the transformer according to the invention on printed circuits is then greatly reduced. Using the inner layers of a multilayer circuit frees the surface where surface components are implantable.
  • GB-A-2311417 discloses a high frequency transformer comprising a first pair of ribbons and a second pair of ribbons. Each pair constitutes an electromagnetic coupler composed of two ribbons separated by a dielectric sheet.
  • the invention also relates to the use of such a transformer in a modulator or demodulator of a mobile phone.
  • Figure 1 shows a transformer according to the invention.
  • the transformer comprises a first main line 1 composed of two sections 2 and 4 of lines connected together by a hole 3 metallized. Hole 3 is represented by a coil because of its inductive effect. This inductive effect is also present for the other holes.
  • Line 2 section to an origin 5 and an end 6 of line.
  • the line section 4 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 the line section 2 is considered as the origin of the line 1.
  • the end 8 of the line section 4 is considered as the port output of line 1.
  • Figure 1 also shows a line 9 comprising elements numbered 10 to 16 similar to the elements of the line 1 respectively numbered from 2 to 8.
  • this transformer comprises a winding lines on a cylinder.
  • a turn of this winding is performed on a level.
  • the turns of the two cylindrical lines of the transformer are interlaced. The transition from one level to another for a line takes place elsewhere than the transition from one level to another for another line. In this way, the lines are never shorted.
  • each of the lines has a length of ⁇ / 4, where ⁇ is the wavelength of the frequency, in the dielectric, to which the radiofrequency transformer must function.
  • the cylinder has a square section. From its origin line 1 extends in a direction D over a length of ⁇ / 4/15. Then line 1 rotates 90 degrees in the counterclockwise direction and extends over a length of ⁇ / 4 / 7.5. It rotates 90 ° counterclockwise again to extend a distance of ⁇ / 4 / 7.5. These four extensions extend from the end 5 to the end 6 on a level.
  • An extension in L is the fact that, for the line, it rotates at an angle of 90 ° in the trigonometric direction and then extends over a distance L.
  • the line carries out an extension in L of length ⁇ / 4/7, 5 to reach the end 6 of the line section.
  • the ends 6 and 7 are vertical to each other and connected by the hole 3. From the end 7 the line 1 extends on a second level in the direction D over a length of ⁇ / 4 / 7.5. Then she made two extensions in ⁇ / 4 / 7.5 followed by two extensions in ⁇ / 4/15. Line 1 thus extends in total over a length of ⁇ / 4 and on two levels.
  • the origin 13 of the line 9 is located on a third level vertically and below the origin 5 of the line 1. From its origin 13 the line 9 extends over a distance ⁇ / 4/15 in a direction D. Then she performs two extensions in ⁇ / 4 / 7.5. Then an extension over a distance slightly less than ⁇ / 4 / 7.5, to arrive at the end 14. It is indeed necessary to prevent the line 9 does not meet the hole 3 belonging to the line 1, which would create a short -circuit.
  • the end 15 is on a fourth level vertically and below, in the example chosen, the end 14. From the end 15 the line 9 extends in a straight line to be at the vertical of the ends 6 and 7 of the line 1.
  • Line 9 extends in the direction D over a length ⁇ / 4 / 7.5. Then performs 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 lines 1 and 9.
  • the recovery of signals on these lines can only be done through holes 17 and 18 metallized, and drilled from the ends 8 and 16. These ends 8 and 16 should not be vertical to each other nor to the line to which they do not belong because the holes 17 and 18 must meet no line in their path.
  • the other ends of the holes 17 and 18 are ports 19 and 20 which make it possible to recover the signals present respectively on the ends 8 and 16.
  • the line 1 extends in planes P1 and P3
  • the line 9 extends in planes P2 and P4.
  • the ports 19 and 20 are preferably in a plane P5 located below the planes P1 to P4.
  • the planes are stacked in an order, from the highest to the lowest P1, P2, P3, P4 and then P5.
  • lines 1 and 9 are wound on a cube.
  • the lines could be wound on a circular cylinder or any other geometric element of constant section and having a vertical axis.
  • the ports 19 and 20 could be in any plane. It would be sufficient for this reason that the last extension of lines 1 and 9 should not be done at an angle of 90 ° in the trigonometrical direction, but at an angle of 90 ° in the clockwise direction. This would allow the positioning of the ports 19 and 20 in any other plane, from P1 to P5, but this would result in an increase in the area required for the implementation of the high frequency transformer.
  • Figure 1 also shows a plane 21 of triangular mass and contained in the plane P2.
  • One end of the ground plane 21 is connected to the input port 13 of the line 9. Because of its large surface, the plane 21 makes it possible to bring the mass to the port 13 by limiting spurious 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 included between the planes. As a rule it is weak compared to ⁇ / 4.
  • the planes are equidistant.
  • a transformer according to the invention can be implanted as a discrete component on a printed circuit.
  • the invention preferably it is made directly in the printed circuit.
  • a multilayer circuit is used, that is to say a circuit which can be seen as a stack of several plates of the same substrate, or a different substrate. Between each plate can be drawn tracks. Thus, with five stacked substrate plates, a six-layer circuit is obtained. The different substrate plates can be pierced with holes, each of these holes being metallizable. It is therefore possible to implant a high frequency transformer according to the invention in such a circuit.
  • To make it a discrete component simply cut the interesting circuit and put it in a housing by bringing out the four ports of the transformer by tracks connected to legs of the housing. This makes it possible to implant the component obtained on a circuit.
  • the difficulty in the technology that has just been described lies in the production of holes that pass through only certain plates of the substrate. Such holes do not completely penetrate in FIG. 1 with the holes 3 and 11.
  • the hole 3 is in the vertical of the section 12 of the line
  • the hole 11 is in the vertical of the section 10 of line.
  • Figure 2 shows how to make these holes through holes, that is to say through all the plates of the substrate.
  • the passages from one tower to another are made by choosing a different cylinder for a line of the one chosen for another line. If necessary, the two cylinders are different from each other only by a small stall.
  • FIG. 2 shows for this purpose a line 21 comprising a line segment 22, a hole 23 and a line section 24 similar to line 1 of FIG. 1.
  • FIG. 2 also shows a line 25 comprising a line segment 26 , a hole 27 and a section of line 28.
  • Line 21 has an origin 29, and the line 25 has an origin 30 located vertically from the origin 29.
  • the line 25 extends from its origin 30 in a direction D of length ⁇ / 4/15 and then two extensions of length ⁇ / 4 / 7.5 followed by an extension of a length slightly less than ⁇ / 4 / 7.5.
  • the line 25 makes a gap of a very small length in front of ⁇ / 4 / 7.5, in order to deviate from the vertical of the line section 22 at the end 31 of the section 26 of line 25
  • One end 32 of the section 28 of line is located vertically from 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 the 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. This leads to an end 33 of the line 25.
  • the line 21 has an end 34.
  • the signals are recovered on the ports 33 and 34 in a manner identical to that described for Figure 1, for the ports 8 and 16.
  • the way in which the hole 27 is offset relative to the line 21 makes it possible to make the holes 23 and 27 in an emergent manner, thus to save on the final cost of the circuit containing one or more transformers according to the invention.
  • FIG. 3 shows an example of use of transformers according to the invention.
  • FIG. 3 shows a local oscillator 301 connected to a phase-shifter 302.
  • the phase-shifter 302 outputs two signals corresponding to the local oscillator but phase-shifted relative to 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 input 305 of the transformer 303 is connected to a ground.
  • the 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 phase shifted by 180 ° relative thereto.
  • a second output of the phase shifter 302 provides a phase-shifted signal of 90 ° corresponding to that of the oscillator 301.
  • This output is connected to a first input 309 of a second transformer 308 according to the invention.
  • a second input 310 of the transformer 308 is connected to a ground.
  • a first output 311 of the transformer 308 provides a signal corresponding to that of the oscillator 301 phase-shifted by 90 ° with respect thereto.
  • a second output 312 of the transformer 308 provides a signal corresponding to that of the oscillator 301 but out of phase by 270 ° with respect thereto.
  • the outputs 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 I and Q signals are obtained in a known manner in a mobile phone. From all the signals supplied to it, the modulator 313 produces, in a known manner, a radiofrequency signal 316. This radiofrequency signal is then transmitted by the mobile telephone.
  • the use of the invention is all the more interesting that two transformers are needed. Being able to incorporate them into a printed circuit of this mobile phone helps to increase the compactness and reduce the size of this mobile phone.
  • FIG. 4 shows a first transformer 401 according to the invention.
  • an RFE radio frequency input signal is applied while a second port 403 is connected to a ground.
  • an output 405 of the transformer 401 delivers an amplitude signal A1 equal to half the amplitude of the input signal and in phase with this signal.
  • An output 404 of the transformer 401 delivers an amplitude signal A1 180 ° out of phase with the input signal.
  • the ports 402 to 404 correspond respectively to the ports 5, 13, 20 and 19.
  • the outlets 404 and 405 are connected simultaneously to the mixers 406 and 407.
  • FIG. 4 also shows a second transformer 408 according to the invention.
  • a signal delivered by a local oscillator 413 is applied on a first port 409 of the transformer 408, a signal delivered by a local oscillator 413 is applied.
  • a second port 410 of the transformer 408 is connected to a ground.
  • an output 411 of the transformer 408 delivers a signal 180 ° out of phase with the signal of the local oscillator 413 and of amplitude A2 equal to half the amplitude of the signal delivered by the oscillator 413.
  • An output 412 of the transformer 408 delivers a signal of amplitude A2, in phase with the signal delivered by the oscillator 413.
  • the accesses 409 to 412 respectively correspond to the accesses 5, 13, 20 and 18.
  • the outputs 411 and 412 are connected to a quadratic generator 414.
  • the role of the generator 414 is to phase out by 90 ° the signals submitted to it.
  • the generator 414 delivers, by separate ports, signals whose amplitude is a fraction, or a multiple, of the amplitude of the signal delivered by the oscillator 413, and having phases of 0 °, 90 °, 180 ° and 270 ° with respect to the signal of the oscillator 413, are respectively 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 ports of the generator 414 delivering the signals S0 and S180 are connected to the mixer 407.
  • the mixer 406 delivers signals + I and -I, the mixer 407 delivers signals + Q and -Q. These signals are demodulated signals available for subsequent processing, in a mobile phone for example.
  • the signals S90 and S270 delivered by the generator 414 are also applied to inputs of a mixer 415.
  • the mixer 415 receives signals + I and -I, obtained in a known manner.
  • the mixer 415 then delivers two radiofrequency signals phase-shifted relative to each other by 180 ° and one of the two signals having a phase zero with respect to the signal delivered by the oscillator 413.
  • the signal having the null phase is applied on 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 signals + Q and -Q, obtained in known manner.
  • the mixer 416 then delivers two radiofrequency signals 180 ° out of phase with each other and one of the two signals having a phase zero with respect to the signal delivered by the oscillator 413.
  • the signal having the null phase is applied to an access 420 of the transformer 417.
  • the other signal is applied to an input 421 of the transformer 417.
  • An output 419 of the transformer 417 is connected to a ground.
  • the ports 418 to 421 respectively correspond to the ports 5, 13, 19 and 20.
  • the transformer 417 delivers an RFS radiofrequency signal via an output 418.
  • a device such as that of Figure 4 can be used in a mobile phone for example.

Landscapes

  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Burglar Alarm Systems (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)
  • Circuits Of Receivers In General (AREA)
  • Amplitude Modulation (AREA)

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.
  • 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 θ degrés. Les facteurs k et θ 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 θ 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 θ. De ce fait un tel transformateur a un encombrement minimal.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Le document GB-A-2311417 décrit un transformateur haute fréquence comprenant une première paire de lignes rubans et une seconde paire de lignes rubans. Chaque paire constitue un coupleur électromagnétique composé de deux lignes rubans séparées par une feuille diélectrique.
  • 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,
    • les lignes principales s'étendent sur au moins quatre niveaux différents matérialisés par quatre plans parallèles,
    caractérisé en ce que,
    • la première ligne principale s'étend sur deux niveaux
    • la seconde ligne principale s'étend sur deux niveaux entrelacés avec les niveaux de la première ligne principale.
  • L'invention a aussi pour objet l'utilisation d'un tel transformateur dans un modulateur ou démodulateur d'un téléphone mobile.
  • 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.
  • 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.
  • 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 cette façon, les lignes ne sont jamais en court-circuit.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 boîtier en faisant ressortir les quatre ports du transformateur par des pistes connectées à des pattes du boîtier. Ceci permet d'implanter le composant obtenu sur un 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Un dispositif tel que celui de la figure 4 peut être utilisé dans un téléphone mobile par exemple.

Claims (9)

  1. Un transformateur haute fréquence comportant :
    - deux lignes principales (1, 9 ; 21, 25) ayant des cheminements parallèles,
    - quatre ports (5, 13, 19, 20 ; 29, 30, 33, 34) constitués par les extrémités des lignes principales,
    - les lignes principales s'étendent sur au moins quatre niveaux différents matérialisés par quatre plans parallèles,
    - la première ligne principale s'étend sur deux niveaux, caractérisé en ce que
    - la seconde ligne principale s'étend sur deux niveaux entrelacés avec les niveaux de la première ligne principale.
  2. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes principales ont une même longueur λ/4, ou λ est la longueur d'onde dans le diélectrique d'une fréquence à laquelle doit fonctionner le transformateur.
  3. Transformateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque ligne a une origine matérialisée par un de ses ports, et les origines sont proches devant λ/4.
  4. Transformateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les lignes s'enroulent sur un cube.
  5. Transformateur selon l'une des revendications 1 à 5, comportant un circuit imprimé multicouches ayant au moins quatre couches caractérisé en ce que les quatre niveaux contenant les lignes principales du transformateur sont quatre couches du circuit multicouches.
  6. Transformateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la continuité d'une ligne principale entre deux couches est assurée par des trous métallisés (3, 17 ; 11, 18) inter-couches.
  7. Transformateur selon la revendication 7 caractérisé en ce que tous les trous métallisés inter-couches sont débouchants, une ligne principale ayant alors un léger décrochage par rapport à l'autre.
  8. Transformateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'un (13) des ports origine est relié à une masse, par un plan de masse (21) ayant une forme triangulaire, l'un des sommets du triangle étant connecté avec le port origine.
  9. Utilisation d'un transformateur selon l'une des revendications 1 à 9, dans un modulateur ou démodulateur d'un téléphone mobile.
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