La présente invention concerne le domaine des équipements
électroniques pour modules optoélectroniques et en particulier un
équipement électronique hyperfréquence comportant un boítier métallique
avec un fond et un couvercle et comprenant une carte électronique disposée
sensiblement parallèlement audit fond et audit couvercle.
De manière connue, les modules optoélectroniques utilisés dans les
télécommunications optiques comprennent un équipement électronique
hyperfréquence équipé d'un boítier. Le boítier est le siège d'ondes
électromagnétiques de type Transverse Magnétique ou Transverse Electrique
créées dans des cavités formées à l'intérieur de ce boítier et caractérisées
par leur longueur, leur largeur et leur hauteur. Les longueurs d'onde de telles
ondes couramment appelées modes de cavités dépendent des dimensions de
ces cavités.
Il existe deux types de cavités. Dans un premier type, les cavités
sont formées au sein du substrat de la carte électronique où sont placés les
composants électroniques actifs et passifs. Cette carte est typiquement
disposée parallèlement au fond métallique du boítier et généralement
surélevée à l'aide d'une 'semelle' métallique. Dans un deuxième type, les
cavités sont associées à la région dite aérienne située entre la carte et le
couvercle métallique du boítier.
Lorsqu'un signal hyperfréquence modulé par exemple à 40 GHz est
injecté dans cet équipement, certains de ces modes électromagnétiques sont
excités et créent des résonances parasites « aériennes » ou « de substrat »
limitant les performances de l'équipement. A titre d'exemple, lorsque
l'équipement est un module d'amplification de signaux hyperfréquences, sa
courbe de gain se trouve affectée par des fluctuations sur toute la gamme de
fréquence de modulation dite bande utile.
Une solution connue pour atténuer les résonances parasites « de
substrat » consiste à réaliser dans la carte des trous métallisés ('via-holes' en
anglais) pour interconnecter des couches conductrices de mise à la masse
disposées sur les faces de la carte et connectées au fond du boítier. Cette
solution est proposée dans le module optoélectronique commercialisé sous le
nom 'A1915LMM' par la société ALCATEL.
Cependant, il n'existe pas de solution permettant de réduire
significativement le nombre des résonances parasites « aériennes ». Ce
phénomène est particulièrement critique pour les applications large bande
et/ou pour des signaux hyperfréquences de puissance importante.
L'objet de l'invention est de fournir un boítier pour équipement
électronique hyperfréquence dont les résonances parasites « de substrat» et
« aériennes » sont réduites en nombre et en intensité au moins dans la
bande utile.
A cet effet, la présente invention propose un équipement
électronique hyperfréquence comportant un boítier métallique ayant un fond
et un couvercle et comprenant une carte électronique disposée sensiblement
parallèlement audit fond et audit couvercle, ladite carte comprenant :
- des couches conductrices de mise à la masse dites inférieure et supérieure,
disposées respectivement sur les faces inférieure et supérieure de la carte,
- des perforations transversales auxdites faces de la carte et délimitées par
des parois conductrices pour l'interconnexion électrique desdites couches
inférieure et supérieure, au moins une partie desdites parois étant
interconnectée électriquement au couvercle du boítier au moyen d'éléments
conducteurs de mise à la masse,
caractérisé en ce que chaque élément conducteur est muni d'au moins une
lame métallique disposée entre ledit couvercle et ladite couche supérieure,
ladite lame étant dans un plan dit de lame perpendiculaire auxdites faces,
ladite lame étant recouverte au moins en partie d'un matériau absorbant les
ondes hyperfréquences ayant des fréquences inférieures ou égales à une
fréquence maximum fonctionnement dudit équipement.
Les éléments de mise à la masse munis des lames recouvertes de
matériau absorbant selon l'invention participent à la continuité électrique
entre le fond, relié à la couche inférieure, et le couvercle du boítier. Ces
éléments assurent le court circuit des champs électriques associés aux
modes de résonances électromagnétiques transversales et longitudinales. En
diminuant notamment les dimensions des cavités « aériennes », les
longueurs d'onde des résonances « aériennes » sont décalées à des
fréquences plus élevées que celles de la bande utile. En outre, les fréquences
résiduelles plus basses sont absorbées par les lames absorbantes.
Cette mise à la masse et cette absorption permettent d'éviter les
fluctuations des tensions électriques par les phénomènes de résonances
parasites électromagnétiques : un signal utile injecté dans l'équipement est
donc faiblement distordu en sortie de ce dernier, ce qui limite la génération
d'erreurs dégradant la qualité des transmissions.
Avantageusement, l'absorption peut être renforcée par diverses
mesures. Ainsi, chaque élément conducteur peut être muni de deux lames
métalliques disposées dans un même plan de lame. En variante, on peut
prévoir que deux plans de lames appartenant respectivement à deux aiguilles
adjacentes sont sensiblement perpendiculaires.
Dans un mode de réalisation préféré, la répartition des éléments de
mise à la masse est telle que la distance entre les centres de deux éléments
adjacents est inférieure à la moitié de la longueur d'onde effective associée à
ladite fréquence maximum.
On entend par adjacents, des éléments de mise à la masse qui ne
sont pas séparés par des éléments électroniques du circuit intégré sur la
carte. Par ailleurs, la valeur de la longueur d'onde dite effective se calcule en
tenant compte de la propagation des ondes dans l'air et dans le substrat
diélectrique de la carte, le long des lignes hyperfréquences de la carte.
En outre, la couche supérieure selon l'invention peut être formée de
préférence d'une pluralité d'éléments métalliques sensiblement carrés,
chacun comportant en son centre l'une desdites perforations et recevant l'un
desdits éléments de mise à la masse associé.
Dans un mode de réalisation avantageux, chacun desdits éléments
de mise à la masse comporte une partie en forme d'aiguille, ladite aiguille
étant métallique et disposée perpendiculairement par rapport auxdites faces
et comprenant une partie supérieure cylindrique débouchant sur une partie
inférieure tronconique, ladite partie inférieure étant prolongée par ladite
perforation associée et étant en contact avec ladite couche supérieure.
Un réseau d'aiguilles métalliques selon l'invention est de fabrication
simple.
De préférence, chacune desdites aiguilles est respectivement centrée
sur l'un des éléments carrés et ladite partie supérieure présente un diamètre
compris entre le diamètre de la perforation associée et la longueur du côté
du carré associé.
Le couvercle selon l'invention peut comprendre dans sa face
inférieure des cavités, chacune couplée avec un élément de mise à la masse
via un ressort métallique disposé transversalement par rapport à ladite face
du couvercle.
Naturellement l'invention s'applique également à un module
optoélectronique incorporant l'équipement électronique hyperfréquence tel
que défini précédemment.
Les caractéristiques et objets de la présente invention ressortiront de
la description détaillée donnée ci-après en regard de la figures annexée,
présentée à titre illustratif et nullement limitatif.
Dans ces figures :
- la figure 1 montre une vue partielle en coupe transversale selon un plan
B-B' d'un équipement électronique hyperfréquence comportant un boítier
incluant une carte électronique selon un mode de réalisation préféré de
l'invention;
- la figure 2 représente une vue partielle agrandie et en coupe selon un
plan A-A' de l'équipement présenté en figure 1 ;
- la figure 3 représente une vue schématique de dessus de l'équipement
électronique hyperfréquence de la figure 1, le boítier étant représenté
sans son couvercle.
La figure 1 montre une vue partielle en coupe transversale selon un
plan B-B' d'un équipement électronique hyperfréquence selon l'invention
comportant un boítier 2 avec un fond 21 et un couvercle 23 et comprenant
une carte électronique 3 rectangulaire comportant un substrat diélectrique
30 en alumine disposé sensiblement parallèlement audit fond 21 et audit
couvercle 23. Les parois transversales du boítier 2 ne sont pas représentés
sur la figure 1 pour plus de clarté.
La carte électronique 3 telle que représentée dans cette figure 1
repose sur une semelle métallique 24 pour l'évacuation de la chaleur et
comprend en outre :
- une face inférieure 31, connectée au fond 21, entièrement
recouverte d'une couche inférieure 41 de mise à la masse, par
exemple en or et d'épaisseur de quelques microns,
- une face supérieure 32, côté couvercle 23, comportant un élément
métallique 5a par exemple en or et sensiblement carré, de côté
égal à 0,5 mm environ et d'épaisseur de quelques microns, le
carré métallique 5a appartenant à une couche supérieure 42 de
mise à la masse recouvrant partiellement la face 32.
En outre, une perforation 7a est réalisée dans la carte 3
transversalement aux faces 31, 32. Cette perforation, dite trou métallisé, est
délimitée par des parois transversales 71 en or, présente un diamètre de
l'ordre de 0,4 mm, et permet l'interconnexion électrique entre les couches
inférieure et supérieure 41, 42.
Le trou métallisé 7a est centré sur le carré métallique 5a tout comme
une aiguille métallique 8a, par exemple en acier inoxydable, s'étendant
depuis la face supérieure 42 jusqu'au couvercle 23.
L'aiguille métallique 8a comprend une tête 81 cylindrique et une
partie supérieure 82, également cylindrique, débouchant sur une partie
inférieure tronconique 83 reposant sur le carré métallique 5a.
La hauteur de l'aiguille 8a est de l'ordre de 3 mm. Afin de corriger
une éventuelle dispersion entre les longueurs d'aiguilles, la tête 81 est
solidaire d'un ressort métallique 9, lesquels sont disposés dans une cavité
aménagée 10 sur la face inférieure 230 du couvercle 23. Par ailleurs, la tête
81 repose par ses extrémités sur une platine métallique 23' solidaire de la
face inférieure 230 et alésée pour le passage de la partie cylindrique 82.
Le diamètre de la partie supérieure cylindrique 82 est compris entre
0,4 mm et 0,5 mm.
Deux lames métalliques 11, 11' rectangulaires et formant un groupe
de lames 11a sont montées via une gaine métallique 12 de part et d'autre de
la partie supérieure cylindrique 82, définissant un plan dit de lame P1
transversal aux faces 41, 42 de la carte 3. En outre, les lames 11, 11' sont
partiellement recouvertes d'un matériau 13, 13' (en trait pointillé), tel que
certaines mousses absorbantes au carbone, diminuant, dans la bande utile,
le niveau d'énergie hyperfréquence associée aux modes parasites
résonnants.
La figure 2 représente une vue en coupe selon le plan A-A' parallèle
à la carte 3 de l'équipement présenté partiellement en figure 1 afin de mieux
définir les relations géométriques entre les éléments 11 à 13' appartenant à
l'aiguille 8a d'une part et d'autre part entre l'aiguille 8a et respectivement le
trou métallisé 7a (en trait pointillé) et le carré métallique 5a.
La figure 3 représente une vue schématique de dessus de
l'équipement électronique hyperfréquence 1 présenté partiellement en figure
1, le boítier 2 composé du fond 21, de parois transversales 22 et du
couvercle, étant représenté sans son couvercle pour plus de clarté. Le plan
de coupe B-B' de la figure 1 est en outre représenté.
L'équipement électronique 1 est destiné à commander un
modulateur électro-optique de type à électro-absorption ou à niobate de
lithium (non représenté, placé sur la droite de l'équipement dans la figure 3).
L'équipement est par exemple un amplificateur des signaux hyperfréquences
modulés large bande par exemple jusqu'à 40 GHz, produits par exemple par
un multiplexeur électrique (non représenté placé à gauche de l'équipement 1
dans la figure 3), dits signaux utiles s1.
Les signaux utiles d'entrée s1 sont de bas niveau de puissance,
typiquement de tension crête à crête de l'ordre de 0,4 V. Les signaux de
sortie s2 présentent une tension crête à crête entre 4 V à 6 V environ. Ces
signaux de sortie s2 sont injectés dans le modulateur électro-optique
transférant la modulation et donc les données formant l'information à des
signaux optiques pour sa transmission par voie optique.
La couche supérieure 42 est formée d'une pluralité de carrés
métalliques 5 similaires au carré 5a (voir figure 1). Ces éléments 5 sont
répartis sur la carte électronique 3 de part et d'autre d'un circuit intégré 6
incluant les composants actifs que sont les préamplificateur électrique 61 et
amplificateur électrique 62, disposés respectivement entre des lignes de
guidage d'entrée 63 et de sortie 64 des signaux utiles d'entrée s1 et de sortie
s2 respectivement.
Des plans de métallisation 65 sont classiquement réalisés au
voisinage des composants actifs 61, 62 dont certains avec des contacts 66
pour placer l'alimentation des amplificateurs et des composants passifs
(résistances, capacités non représentés). De cette façon, une tension de
polarisation continue est délivrée aux amplificateurs et les fuites des signaux
utiles si se propageant dans l'équipement sont limitées.
En outre, chaque carré métallique 5 comporte en son centre un trou
métallisé 7 (en trait pointillé) et supporte une aiguille 8 également centrée.
Les trous 7 et aiguilles 8 sont similaires au trou métallisé 7a et à l'aiguille 8a
détaillés en figures 1 et 2.
La répartition des aiguilles 8 est telle que la distance entre les
centres de deux aiguilles adjacentes, par exemple les aiguilles 8a et 8b, est
d'environ 1 mm. Cette distance est inférieure à la moitié de la longueur
d'onde effective à 40 GHz, cette demi-longueur d'onde étant typiquement de
l'ordre de 1,5 mm.
Le fonctionnement en dessous de 40 GHz est ainsi optimisé par une
réduction en nombre et en intensité des modes de cavités parasites «de
substrat » et « aériens » dans la bande utile grâce aux aiguilles 8 couplées
aux trous métallisés 7 et au couvercle. De cette façon, le signal utile de
sortie s2 n'est pas distordu et le niveau de puissance requis est atteint.
Les plans de lames P1, P2 définis par deux groupes 11a, 11b de
lames portées respectivement par les deux aiguilles adjacentes 8a, 8b sont
sensiblement perpendiculaires afin d'augmenter la taille des lames et la
quantité de matériau absorbant déposée.
L'équipement électronique 1 peut faire partie d'un module électro-optique.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre
purement illustratif. On pourra sans sortir du cadre de l'invention remplacer
tout moyen par un moyen équivalent.
Les éléments de mise à la masse selon l'invention peuvent aussi être
de type tubulaire, filaire ou planaire.