EP3987659A1 - Resonateur radiofrequence controle en temperature et oscillateur radiofrequence correspondant - Google Patents

Resonateur radiofrequence controle en temperature et oscillateur radiofrequence correspondant

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EP3987659A1
EP3987659A1 EP20727687.4A EP20727687A EP3987659A1 EP 3987659 A1 EP3987659 A1 EP 3987659A1 EP 20727687 A EP20727687 A EP 20727687A EP 3987659 A1 EP3987659 A1 EP 3987659A1
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EP
European Patent Office
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path
signal
oscillator
input
resonator
Prior art date
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Pending
Application number
EP20727687.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thomas Baron
Gilles Martin
Valérie SOUMANN
Yannick GRUSON
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.)
Ecole Nationale Superieure De Mecanique Et Des Microtechniques Ensmm
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Ecole Nationale Superieure De Mecanique Et Des Microtechniques Ensmm
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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 Ecole Nationale Superieure De Mecanique Et Des Microtechniques Ensmm, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Ecole Nationale Superieure De Mecanique Et Des Microtechniques Ensmm
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    • H03H9/02834—Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence

Definitions

  • the field of the invention is that of precision frequency sources.
  • the invention relates to a temperature-controlled radiofrequency (or RF) resonator and to a corresponding RF oscillator.
  • RF radiofrequency
  • the invention thus has numerous applications, whether for analog applications, for example in fields requiring the generation of precision RF signals, or else for digital applications, for example in fields requiring the generation of precision clocks. .
  • the frequency sources are necessary for the generation of periodic signals of any kind, both for analogue (eg for the generation of RF carriers) and digital applications (eg for the generation of clocks intended to clock digital circuits based on rockers).
  • RF frequencies are based on the use of one (or more) resonant element making it possible to filter, around the resonant frequency of the resonant element in question, a periodic signal maintained within an oscillator.
  • the use of such a resonant element makes it possible in particular to improve the performance in terms of phase noise of the periodic signal maintained within the oscillator via the filtering effected by the resonant element.
  • the resonant frequency of such a resonant element is a function of its temperature. This is why the sources of known precision frequencies use a temperature control of the resonant element that they implement.
  • FIG. 1 illustrates such a temperature controlled RF resonator 100 according to a known implementation. More particularly, the RF resonator 100 comprises an insulating thermal enclosure 110 inside which are implemented:
  • a resonant element 120 configured to provide an output RF signal 120s when energized by an input RF signal 120th. More particularly, the output RF signal 120s corresponds to the input RF signal 120e filtered around the RF resonant frequency of the resonant element 120;
  • a heating element 130 configured to provide thermal energy within the thermal enclosure 110 when powered by a low frequency electrical signal 130ali, or LF, power.
  • the heating element 130 is a resistor producing heat by the Joule effect when an electric current passes through it (electric current which in this case corresponds to the electric signal 130ali).
  • the electrical signal 130ali it is desired that the electrical signal 130ali be continuous, or DC, (for "Direct Current” in English).
  • DC for "Direct Current” in English
  • the signal in question is again more generally LF, knowing that the BF terminology covers the ideal case DC according to the present application.
  • such an electrical signal 130ali is intended to be controlled via a control loop.
  • the electrical signal 130ali varies over time, whether this is when the servo-control loop is closed, or else when the servo-control setpoint changes (eg to follow the variations. in temperature measured by temperature probe 140).
  • the spectrum of variations of the electrical signal 130ali is in this implementation limited in frequency by the bandwidth of the control loop. In practice, the variations in question are thus LF, as opposed to the resonant frequency RF of the resonator 100; and
  • a temperature probe 140 configured to deliver an electrical signal 140mes BF for measuring as a function of the temperature present inside the thermal enclosure 110.
  • the temperature probe 140 is a variable resistor as a function of the temperature.
  • the electrical measurement signal 140mes BF is in this case a current whose intensity is a function of the temperature when the temperature probe 140 is subjected to a given potential difference.
  • the RF resonator 100 comprises six input / output ports 100es1 to 100es6 (a given input / output port being understood in the present application as comprising a single electrical connection (eg a single conductor propagating the various incoming signals. (s) / outgoing).
  • the six input / output ports 100esl to 100es6 pass through the insulating thermal enclosure 110 so as to electrically connect the various aforementioned elements present inside the thermal enclosure 110 to a external electrical circuit, for example an oscillator for generating and sustaining the input 120th RF signal More specifically: the input / output port 100esl allows the input 120th RF signal to be propagated from outside the enclosure 110 for the resonant element 120;
  • the input / output port 100es2 makes it possible to propagate the output RF signal 120s from the resonant element 120 to the outside of the enclosure 110;
  • the input / output port 100es3, respectively the input / output port 100es4, makes it possible to propagate the electric power signal 130ali BF from, respectively to, a power supply external to the enclosure 110 to, respectively from, the heating element 130;
  • the input / output port 100es5, respectively the input / output port 100es6, makes it possible to propagate the electrical signal 140mes BF of measurement from, respectively to, the temperature probe 140 to, respectively from, outside the pregnant 110.
  • Such an RF resonator 100 is conventionally embedded within an RF oscillator in order to generate a precision RF signal.
  • precision frequency sources are finding more and more applications in which the criterion of electrical energy consumption is important, for example when they are on-board a device in energy autonomy, or having access limited to such energy resources (eg in a radiocommunication terminal, satellite, laptop, etc.).
  • a temperature-controlled RF resonator comprising an insulating thermal enclosure inside which are implemented:
  • At least one resonant element configured to deliver an output RF signal when fed by an input RF signal, the output RF signal corresponding to the input RF signal filtered around a resonant frequency of said at least one resonant element;
  • At least one heating element configured to provide thermal energy within the thermal enclosure when said at least one heating element is supplied by a low frequency electrical signal, or LF, of supply;
  • At least one temperature probe configured to deliver an electrical signal LF for measuring a function of a temperature inside the thermal enclosure.
  • Such an RF resonator comprises at least one input / output port passing through the insulating thermal enclosure, said at least one input / output port propagating at least:
  • the invention proposes a new and inventive solution for reducing the electrical energy consumption of a temperature-controlled RF resonator.
  • input / output ports (a given input / output port being understood as comprising a single electrical connection (eg a single conductor propagating the various incoming / outgoing signals) passing through the insulating thermal enclosure) in order to propagate both an RF signal and an LF signal makes it possible to minimize the number of openings present in the enclosure. In this way, thermal losses are reduced, which makes it possible to reduce the energy consumption linked to the heating of the enclosure.
  • the RF resonator further comprises inside the insulating thermal enclosure:
  • the RF path on which the RF signals propagate and on which said at least one resonant element is implemented, the RF path comprising decoupling means blocking the LF electrical components.
  • Such decoupling means comprise for example one (or more) capacitors.
  • the decoupling means comprise said at least one resonant element.
  • the LF / RF decoupling is obtained in a simple and efficient manner.
  • a resonant element of the MEMS, piezoelectric, or even SAW or BAW type is used, such resonant elements naturally exhibiting a capacitive effect at LF.
  • the RF resonator further comprises inside the insulating thermal enclosure:
  • first LF path on which propagates the LF electrical supply signal and on which said at least one heating element is implemented, the first LF path comprising at least a first trap circuit blocking the RF electrical components;
  • the second LF path on which propagates the LF electrical measurement signal and on which said at least one temperature probe is implemented, the second LF path comprising at least one second trap circuit blocking the RF electrical components.
  • the trap circuit (s) comprises an inductor, implemented in the form of a discrete element or in a distributed form (e.g. via a section of printed track behaving like an inductor at RF frequencies).
  • the trap circuit (s) can also be implemented in the form of a higher order filter circuit having better rejection at a given RF frequency than a single inductor.
  • a first end of the RF path and a first end of the first LF path are electrically connected to a first input / output port passing through the insulating thermal enclosure; and / or a second end of the RF path and a first end of the second LF path are electrically connected to a second input / output port passing through the insulating thermal enclosure.
  • the RF resonator comprises the first LF path and said second LF path.
  • a second end of the first LF path and a second end of the second LF path are electrically connected to a third input / output port passing through the insulating thermal enclosure.
  • an RF oscillator comprising an RF resonator according to any one of the above embodiments.
  • the RF resonator of the RF oscillator comprises the first LF path and / or the second LF path (according to any one of the aforementioned embodiments in which the RF resonator comprises the first and / or the second BF path in question).
  • the RF resonator comprises the first and / or the second BF path in question.
  • the first input / output port is electrically connected to both at least: a first end of an RF path of the oscillator propagating the input RF signal, respectively the output RF signal, the first end of the RF path of the oscillator comprising first decoupling means blocking the LF electrical components; and
  • the second input / output port is electrically connected to both at least:
  • the second LF path of the oscillator comprising at least a second oscillator trap circuit blocking the RF electrical components.
  • the second end of the first LF path of the RF resonator and the second end of the second LF path of the RF resonator are electrically connected to a third input / output port passing through the insulating thermal enclosure.
  • the third input / output port is electrically connected to an electrical ground of the RF oscillator.
  • FIG. 1 already discussed above in relation to the section “Prior art and its drawbacks”, illustrates a temperature-controlled RF resonator according to a known implementation
  • FIG. 2 illustrates a temperature-controlled RF resonator according to one embodiment of the invention
  • FIG. 3 illustrates an RF oscillator comprising the temperature controlled RF resonator of FIG. 2 according to one embodiment of the invention
  • FIG. 4a and FIG. 4b illustrate the phase noise performances obtained for the oscillator of FIG. 3 in relation to an oscillator comprising the known RF resonator of FIG. 1.
  • the general principle of the invention is based on the reuse of one (or more) input / output port of a temperature controlled RF resonator to propagate both an RF signal (eg the 120th input RF signal or the output RF signal 120s) and an LF signal (eg the electrical power supply signal 130ali BF or the measurement electrical signal 140mes BF) used by some of the elements present inside the insulating thermal enclosure of the RF resonator. In this way, thermal losses are reduced, which makes it possible to reduce the energy consumption linked to the heating of the enclosure.
  • an RF signal eg the 120th input RF signal or the output RF signal 120s
  • an LF signal eg the electrical power supply signal 130ali BF or the measurement electrical signal 140mes BF
  • a temperature-controlled RF resonator 200 according to one embodiment of the invention.
  • the RF resonator 200 takes up part of the constituent elements of the RF resonator 100 discussed above in relation to FIG. 1. More particularly, the RF resonator 200 also comprises an insulating thermal enclosure 110 inside which are implemented:
  • a resonant element 120 configured to provide the output RF signal 120s when fed by the input RF signal 120e.
  • the output RF signal 120s corresponds to the input RF signal 120th filtered around the RF resonant frequency of the resonant element 120.
  • multiple resonant elements are used to enhance the filtering. of the RF signal, and therefore the noise performance even though the size of the solution is affected.
  • a heating element 130 configured to provide thermal energy within the enclosure 110 when the heating element 130 is supplied by the electric power signal 130ali BF.
  • the heating element 130 is for example a resistance producing heat by the Joule effect when an electric current passes through it, which in this case corresponds to the electric signal 130ali.
  • several heating elements are used, for example in a distributed manner inside the enclosure 110 in order to make the temperature uniform.
  • a temperature probe 140 configured to deliver the electrical measurement signal 140mes BF proportional to a temperature inside the thermal enclosure 110.
  • the temperature probe 140 is for example a variable resistor as a function of the temperature.
  • the electrical measurement signal 140mes BF is in this case a current whose intensity is a function of the temperature when the temperature probe 140 is subjected to a given potential difference.
  • several temperature probes are used, for example in a distributed manner inside the enclosure 110 in order to better estimate the temperature.
  • the RF resonator 200 includes two input / output ports, 200esl and 200es2, passing through the thermal insulating enclosure 110, each of the two input / output ports in question propagating an RF signal, 120e or 120s, and a signal BF, 130ali or 140mes.
  • the reuse of the input / output ports 220esl, 200es2 in order to propagate both an RF signal, 120e or 120s, and an LF signal, 130ali or 140mes makes it possible to minimize the number of openings present in the enclosure. 110. In this way, heat losses are reduced, which makes it possible to reduce the energy consumption linked to the heating of the enclosure 110. In fact, the energy consumption is essentially linked to the power to be supplied to compensate for the heat losses. due to the various accesses between the interior and the exterior of the enclosure 110.
  • the order of magnitude of the consumption of an oscillation circuit can be from a few tens to a few hundred microwatts, while the consumption of the elements present in the enclosure 110 is of the order of 100 mW.
  • the resonant element 120 is placed in a vacuum, thus limiting convection.
  • the radiation is in turn controlled by the coating of the housing surrounding the area to be maintained at the set temperature.
  • the thermal conduction is due to the various physical elements making the link between the zone to be heated and the outside of the enclosure 110. These elements are the electrical wires and the mechanical support.
  • a 25 ⁇ m diameter gold bridging wire has a resistivity of 26 MK .W 1 .rrf 1 . This resistivity is divided by the number of wires necessary for the implementation of the resonator.
  • a thermal resistance of 2.5 kK.W 1 is obtained, which gives an equivalent resistance of 1, 9 kK-W ⁇ -m 1 with three wires 1 mm long (configuration of Fig. 2 for example) and 1.7 kK.W 1 . m 1 with five wires always 1 mm long (configuration of Fig. 1 for example).
  • the consumption with five wires can thus be estimated at 85.5 mW in the case of a temperature variation of 145 K inside the enclosure 110, and that of the configuration with three wires at 75 mW, i.e. 12% reduction in energy consumption by moving from five input / output ports to three input / output ports.
  • the same calculation performed for wires 100 ⁇ m in length gives a 33% reduction in power consumption by going from five input / output ports to three input / output ports.
  • the start-up time (ie the time necessary to bring the elements of the RF resonator 200 to the desired temperature and therefore to correctly stabilize its resonant frequency on the desired frequency) is linked to the calorific mass of the RF resonator 200, and therefore to the thermal leaks among others.
  • the start-up time of the RF resonator 200 is thus also reduced compared to the start-up time of the known RF resonator 100.
  • a single input / output port is reused in order to propagate both an RF signal and an LF signal through the enclosure 110.
  • a gain is still obtained by terms of heat losses, although to a lesser extent, compared to the case of FIG. 2 or more input / output ports are reused.
  • 200esl input / output port propagates both input 120th RF signal and 130ali BF power supply electrical signal.
  • a first end of the 200crf RF path (the 200crf RF path being the path on which the resonant element 120 is implemented and along which the RF signal propagates within the enclosure 110 as illustrated by the arrow in dotted lines 200crf in the figures) and a first end of the first path BF 200cbfl (the first path BF 200cbfl being the path on which the heating element 130 is implemented and along which the electrical signal 130ali BF of power supply propagates within the enclosure 110 as illustrated by the dotted arrow 200cbfl in the figures) are electrically connected to the input / output port 200esl.
  • the input / output port 200es2 propagates both the output 120s RF signal and the 140mes LF electrical measurement signal.
  • a second end of the 200crf RF path and a first end of the second BF 200cbf2 path are electrically connected to the input / output port 200esl.
  • the role of the RF ports of the RF resonator 200 are reversed, with the RF resonator 200 being symmetrical in terms of its RF path 200crf.
  • one input / output port propagates both the output RF signal and the power supply LF electrical signal
  • another input / output port propagates both the input and output 120th RF signal.
  • the 200crf RF path comprises decoupling means blocking the LF electrical components.
  • the electrical supply signal 130ali BF is routed to the first path BF 200cbfl.
  • the electrical measurement signal BF 140mes is routed to the second path BF 200cbf2.
  • the decoupling means in question comprise the resonant element 120 itself. Indeed, certain resonant elements such as those of the MEMS type, or of the piezoelectric type, or of the SAW or BAW type naturally exhibit a capacitive effect making it possible to block the LF electrical components.
  • the decoupling means comprise one (or more) capacitor, for example implemented in the form of a discrete element. In other embodiments, the decoupling means comprise a higher order high pass circuit allowing better rejection of certain LF frequencies.
  • the first path BF 200cbfl comprises a first circuit 200cbl blocking the RF electrical components.
  • the second path BF 200cbf2 comprises a second trap circuit 200cb2 also blocking the RF electrical components.
  • the RF signals 100e and 100s are routed to the RF path 200crf.
  • the first 200cbl and second 200cb2 trap circuits comprise an inductor, implemented in the form of a discrete element or in a distributed form (e.g. via a section of printed track behaving like an inductor at RF frequencies).
  • the first trap circuit 200cbl and / or the second trap circuit 200cb2 comprises a plurality of elements (discrete or distributed) in order to obtain a higher order filter circuit having better rejection at a frequency.
  • RF given as a simple inductor.
  • a second end of the first path BF 200cbfl and a second end of the second path BF 200cbf2 are electrically connected to a third port input / output 200es3.
  • the number of openings present in the enclosure 110 is further reduced, as well as the heat losses.
  • an RF oscillator 300 comprising the RF resonator 200.
  • the RF resonator 200 makes it possible to filter the oscillation signal maintained by the active part 310 of the oscillator in order to obtain good performance, for example in terms of phase noise.
  • the active part 310 also makes it possible to measure the electrical signal BF 140mes of measurement delivered by the temperature probe 140 and to generate the electrical signal BF 130ali for supplying the heating element 130 according to the value measured for the 140mes electrical signal.
  • the functions of measuring the electrical signal LF 140mes and generating the electrical signal LF 130ali are deported from the active part 310 dedicated as such in this case to the generation and maintenance of the oscillations. RF.
  • 200esl input / output port is electrically connected to both:
  • a first LF path of oscillator 300 propagating the electrical power supply signal 130ali LF and comprising a first trap circuit 300cbl of oscillator 300 blocking the RF electrical components.
  • the 200es2 input / output port is electrically connected to both:
  • a second LF path of oscillator 300 propagating the 140mes LF electrical measurement signal and comprising a second trap circuit 300cb2 of oscillator 300 blocking the RF electrical components.
  • the first 300cbl and second 300cb2 plug circuits of oscillator 300 comprise an inductor, implemented in the form of a discrete element or in a distributed form (eg via a section of printed track behaving like an inductor at RF frequencies).
  • the first trap circuit 300cbl of oscillator 300 and / or the second trap circuit 300cb2 of oscillator 300 comprises a plurality of elements (discrete or distributed) in order to obtain a filter circuit d 'higher order exhibiting better rejection at a given RF frequency than a simple inductor.
  • the first 300mdl and second 300md2 decoupling means comprise one (or more) capacitor, for example implemented in the form of a discrete element.
  • the first decoupling means 300mdl and / or the second decoupling means 300md2 are implemented in the form of a higher order high-pass circuit allowing better rejection of certain LF frequencies.
  • the input / output port 200es3 is electrically connected to the electrical ground of the oscillator 300.
  • the input / output ports in question are each electrically connected to the electrical ground of the oscillator 300.
  • phase noise (NF) performance obtained for oscillator 300 in a configuration where it is configured to resonate at 418 MHz.
  • curve 400a2 (Fig. 4a) illustrates the phase noise measured for oscillator 300 as a function of the frequency offset with respect to the resonant frequency of resonator 200 and for a given temperature inside the enclosure 110 (here 62 ° C);
  • the curve 400al (Fig. 4a) illustrates the phase noise measured for a so-called reference oscillator having the same constituent elements as the oscillator 300 apart from the known RF resonator 100 which is used instead of the resonator RF 200.
  • the phase noise is here also measured as a function of the frequency offset with respect to the resonant frequency of the resonator 100 and for the same temperature given inside the enclosure 110 (here 62 ° C) .
  • curves 400bl and 400b2 (Fig. 4b) illustrate the phase noise measured respectively for oscillator 300 and for the reference oscillator, at 100 Hz offset from the resonant frequency of the resonator implemented in the oscillator in question, and as a function of the temperature (each of the curves 400b1 and 400b2 is normalized with respect to the value of the curve 400b2 at 28.5 ° C);
  • the curves 400b3 and 400b4 (Fig. 4b) illustrate the phase noise measured respectively for the oscillator 300 and for the reference oscillator, at 1 kHz offset from the resonant frequency of the resonator used in the oscillator in question, and as a function of the temperature (each of the curves 400b3 and 400b4 is normalized with respect to the value of the curve 400b4 at 28.5 ° C);
  • curves 400b5 and 400b6 (Fig. 4b) illustrate the phase noise measured respectively for oscillator 300 and for the reference oscillator, at 10 kHz offset from the resonant frequency of the resonator implemented in the oscillator in question, and as a function of the temperature (each of the curves 400b5 and 400b6 is normalized with respect to the value of the curve 400b6 at 28.5 ° C).

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Abstract

L'invention concerne un résonateur RF (200) contrôlé en température et comprenant une enceinte (110) thermique isolante à l'intérieur de laquelle sont implémentés : - au moins un élément résonant (120) configuré pour délivrer un signal RF (120s) de sortie lorsqu'il est alimenté par un signal RF d'entrée (120e); - au moins un élément chauffant (130) configuré pour fournir une énergie thermique au sein de l'enceinte thermique lorsque l'au moins un élément chauffant est alimenté par un signal électrique BF (130ali) d'alimentation; et - au moins une sonde de température (140) configurée pour délivrer un signal électrique BF de mesure (140mes) fonction d'une température à l'intérieur de l'enceinte thermique. Un tel résonateur RF comprend au moins un port d'entrée/sortie (200es1, 200es2) traversant l'enceinte thermique isolante et propageant au moins : - un signal parmi les signaux RF (120e, 120s); et - un autre signal parmi les signaux électriques BF (130ali, 140mes).

Description

Résonateur radiofréquence contrôlé en température et oscillateur radiofréquence
correspondant
Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui des sources de fréquences de précision.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un résonateur radiofréquence (ou RF) contrôlé en température et à un oscillateur RF correspondant.
L'invention a ainsi de nombreuses applications, que ce soit pour des applications analogiques, par exemple dans des domaines nécessitant de générer des signaux RF de précision, ou bien pour des applications numériques, par exemple dans des domaines nécessitant de générer des horloges de précision. A titre d'exemples, on peut citer de manière non exhaustive le domaine des communications RF (e.g. cellulaires, militaires, spatiales, etc.), le domaine des transactions bancaires dans lequel une grande précision d'horloge est nécessaire, etc.
Art antérieur et ses inconvénients
Les sources de fréquences sont nécessaires à la génération de signaux périodiques de toute nature, aussi bien pour des applications analogiques (e.g. pour la génération de porteuses RF) que numériques (e.g. pour la génération d'horloges destinées à cadencer des circuits numériques à base de bascules).
De nombreuses sources de fréquences RF se basent sur l'utilisation d'un (ou plusieurs) élément résonant permettant de filtrer, autour de la fréquence de résonance de l'élément résonant en question, un signal périodique entretenu au sein d'un oscillateur. L'utilisation d'un tel élément résonant permet notamment d'améliorer les performances en bruit de phase du signal périodique entretenu au sein par l'oscillateur via le filtrage effectué par l'élément résonant.
Cependant, de par la nature physique des éléments résonants utilisés en pratique (e.g. des éléments du type MEMS (pour « MicroElectroMechanical Systems » en anglais), ou du type piézoélectrique, ou encore du type SAW (pour « Surface Acoustic Wave » en anglais) ou BAW (pour « Bulk Acoustic Wave » en anglais), etc.), la fréquence de résonance d'un tel élément résonant est fonction de sa température. C'est pourquoi les sources de fréquences de précision connues utilisent un asservissement en température de l'élément résonant qu'elles mettent en oeuvre.
Par exemple, la Fig. 1 illustre un tel résonateur RF 100 contrôlé en température selon une implémentation connue. Plus particulièrement, le résonateur RF 100 comprend une enceinte 110 thermique isolante à l'intérieur de laquelle sont implémentés :
un élément résonant 120 configuré pour délivrer un signal RF 120s de sortie lorsqu'il est alimenté par un signal RF 120e d'entrée. Plus particulièrement, le signal RF 120s de sortie correspond au signal RF 120e d'entrée filtré autour de la fréquence de résonance RF de l'élément résonant 120 ;
un élément chauffant 130 configuré pour fournir une énergie thermique au sein de l'enceinte 110 thermique lorsqu'il est alimenté par un signal électrique 130ali basse fréquence, ou BF, d'alimentation. Par exemple l'élément chauffant 130 est une résistance produisant de la chaleur par effet Joule lorsqu'elle est traversée par un courant électrique (courant électrique qui correspond dans ce cas au signal électrique 130ali). Dans certaines implémentations courantes, il est recherché que le signal électrique 130ali soit continu, ou DC, (pour « Direct Current » en anglais). Cependant suivant la stabilité de l'alimentation utilisée pour générer le signal électrique 130ali, le signal en question est là encore plus généralement BF, sachant que la terminologie BF couvre le cas idéal DC selon la présente demande. Par ailleurs, dans certaines implémentations courantes, un tel signal électrique 130ali est destiné à être asservi via une boucle d'asservissement. C'est par exemple le cas dans la configuration de l'oscillateur 300 décrit ci-dessous en relation avec la Fig. 3. Dans ce type d'asservissement, le signal électrique 130ali varie dans le temps, que ce soit au moment de la fermeture de la boucle d'asservissement, ou bien lors des changements de la consigne d'asservissement (e.g. pour suivre les variations en température relevées par la sonde de température 140). Le spectre des variations du signal électrique 130ali est dans cette implémentation limité en fréquence par la bande passante de la boucle d'asservissement. En pratique, les variations en question sont ainsi BF, par opposition à la fréquence de résonnance RF du résonateur 100 ; et
une sonde de température 140 configurée pour délivrer un signal électrique 140mes BF de mesure fonction de la température présente à l'intérieur de l'enceinte 110 thermique. Par exemple la sonde de température 140 est une résistance variable en fonction de la température. Le signal électrique 140mes BF de mesure est dans ce cas un courant dont l'intensité est fonction de la température lorsque la sonde de température 140 est soumise à une différence de potentiel donnée.
Par ailleurs, le résonateur RF 100 comprend six ports d'entrée/sortie 100esl à 100es6 (un port d'entrée/sortie donné s'entendant dans la présente demande comme comprenant une seule connexion électrique (e.g. un seul conducteur propageant les différents signaux entrant(s)/sortant(s)). Les six ports d'entrée/sortie 100esl à 100es6 traversent l'enceinte 110 thermique isolante de manière à connecter électriquement les différents éléments précités présents à l'intérieur de l'enceinte 110 thermique à un circuit électrique extérieur, par exemple un oscillateur permettant de générer et d'entretenir le signal RF 120e d'entrée. Plus particulièrement : le port d'entrée/sortie 100esl permet de propager le signal RF 120e d'entrée depuis l'extérieur de l'enceinte 110 à destination de l'élément résonant 120 ;
le port d'entrée/sortie 100es2 permet de propager le signal RF 120s de sortie depuis l'élément résonant 120 vers l'extérieur de l'enceinte 110 ;
le port d'entrée/sortie 100es3, respectivement le port d'entrée/sortie 100es4, permet de propager le signal électrique 130ali BF d'alimentation depuis, respectivement vers, une alimentation extérieure à l'enceinte 110 vers, respectivement depuis, l'élément chauffant 130 ; le port d'entrée/sortie 100es5, respectivement le port d'entrée/sortie 100es6, permet de propager le signal électrique 140mes BF de mesure depuis, respectivement vers, la sonde de température 140 vers, respectivement depuis, l'extérieur de l'enceinte 110.
Un tel résonateur RF 100 est classiquement embarqué au sein d'un oscillateur RF afin de générer un signal RF de précision. Cependant, de telles sources de fréquences de précision trouvent de plus en plus d'applications dans lesquelles le critère de consommation en énergie électrique est important, par exemple lorsqu'elles sont embarquées dans un dispositif en autonomie sur le plan énergétique, ou ayant un accès limité à de telles ressources énergétiques (e.g. dans un terminal de radiocommunication, un satellite, un ordinateur portable, etc.).
Il existe donc un besoin pour un résonateur RF contrôlé en température présentant une consommation en énergie électrique réduite par rapport aux résonateurs connus.
Exposé de l'invention
Dans un mode de réalisation de l'invention, il est proposé un résonateur RF contrôlé en température et comprenant une enceinte thermique isolante à l'intérieur de laquelle sont implémentés :
au moins un élément résonant configuré pour délivrer un signal RF de sortie lorsqu'il est alimenté par un signal RF d'entrée, le signal RF de sortie correspondant au signal RF d'entrée filtré autour d'une fréquence de résonance dudit au moins un élément résonant ;
au moins un élément chauffant configuré pour fournir une énergie thermique au sein de l'enceinte thermique lorsque ledit au moins un élément chauffant est alimenté par un signal électrique basse fréquence, ou BF, d'alimentation ; et
au moins une sonde de température configurée pour délivrer un signal électrique BF de mesure fonction d'une température à l'intérieur de l'enceinte thermique.
Un tel résonateur RF comprend au moins un port d'entrée/sortie traversant l'enceinte thermique isolante, ledit au moins un port d'entrée/sortie propageant au moins :
un signal parmi les signaux RF ; et
un autre signal parmi les signaux électriques BF. Ainsi, l'invention propose une solution nouvelle et inventive pour réduire la consommation en énergie électrique d'un résonateur RF contrôlé en température.
Plus particulièrement, la réutilisation des ports d'entrée/sortie (un port d'entrée/sortie donné s'entendant comme comprenant une seule connexion électrique (e.g. un seul conducteur propageant les différents signaux entrant(s)/sortant(s)) traversant l'enceinte thermique isolante) afin de propager à la fois un signal RF et un signal BF permet de minimiser le nombre d'ouvertures présentes dans l'enceinte. De la sorte, les déperditions thermiques sont réduites, ce qui permet de réduire la consommation en énergie liée au chauffage de l'enceinte.
Selon un mode de réalisation, le résonateur RF comprend en outre à l'intérieur de l'enceinte thermique isolante :
un chemin RF sur lequel se propagent les signaux RF et sur lequel est implémenté ledit au moins un élément résonant, le chemin RF comprenant des moyens de découplage bloquant les composantes électriques BF.
Ainsi les signaux BF sont aiguillés vers les chemins BF correspondants. De tels moyens de découplage comprennent par exemple une (ou plusieurs) capacité.
Selon un mode de réalisation, les moyens de découplage comprennent ledit au moins un élément résonant.
Ainsi, le découplage BF/RF est obtenu de manière simple et efficace. Par exemple un élément résonant du type MEMS, piézoélectrique, ou encore SAW ou BAW est mis en oeuvre, de tels éléments résonants présentant naturellement un effet capacitif en BF.
Selon un mode de réalisation, le résonateur RF comprend en outre en outre à l'intérieur de l'enceinte thermique isolante :
un premier chemin BF sur lequel se propage le signal électrique BF d'alimentation et sur lequel est implémenté ledit au moins un élément chauffant, le premier chemin BF comprenant au moins un premier circuit bouchon bloquant les composantes électriques RF ; et/ou
un deuxième chemin BF sur lequel se propage le signal électrique BF de mesure et sur lequel est implémentée ladite au moins une sonde de température, le deuxième chemin BF comprenant au moins un deuxième circuit bouchon bloquant les composantes électriques RF.
Ainsi les signaux RF sont aiguillés vers le chemin RF du résonateur. Par exemple, le (ou les) circuit bouchon comprend une inductance, implémentée sous forme d'un élément discret ou sous une forme distribuée (e.g. via un tronçon de piste imprimée se comportant comme une inductance aux fréquences RF). Le (ou les) circuit bouchon peut également être implémenté sous la forme d'un circuit filtrant d'ordre supérieur présentant une meilleure réjection à une fréquence RF donnée qu'une seule inductance.
Selon un mode de réalisation, une première extrémité du chemin RF et une première extrémité du premier chemin BF sont connectées électriquement à un premier port d'entrée/sortie traversant l'enceinte thermique isolante ; et/ou une deuxième extrémité du chemin RF et une première extrémité du deuxième chemin BF sont connectées électriquement à un deuxième port d'entrée/sortie traversant l'enceinte thermique isolante.
Selon un mode de réalisation, le résonateur RF comprend le premier chemin BF et ledit deuxième chemin BF. Une deuxième extrémité du premier chemin BF et une deuxième extrémité du deuxième chemin BF sont connectées électriquement à un troisième port d'entrée/sortie traversant l'enceinte thermique isolante.
Ainsi, le nombre d'ouvertures présentes dans l'enceinte 110 est encore réduit, et donc les déperditions thermiques également.
Dans un mode de réalisation de l'invention, il est proposé un oscillateur RF comprenant un résonateur RF selon l'un quelconque des modes de réalisation précités.
Selon certains modes de réalisation, le résonateur RF de l'oscillateur RF comprend le premier chemin BF et/ou le deuxième chemin BF (selon l'un quelconque des modes de réalisation précités dans lesquels le résonateur RF comprend le premier et/ou le deuxième chemin BF en question). Dans ces modes de réalisation :
le premier port d'entrée/sortie est connecté électriquement à la fois au moins à : * une première extrémité d'un chemin RF de l'oscillateur propageant le signal RF d'entrée, respectivement le signal RF de sortie, la première extrémité du chemin RF de l'oscillateur comprenant des premiers moyens de découplage bloquant les composantes électriques BF ; et
* un premier chemin BF de l'oscillateur propageant le signal électrique BF d'alimentation, le premier chemin BF de l'oscillateur comprenant au moins un premier circuit bouchon de l'oscillateur bloquant les composantes électriques RF ; et/ou
le deuxième port d'entrée/sortie est connecté électriquement à la fois au moins à :
* une deuxième extrémité du chemin RF de l'oscillateur propageant le signal RF de sortie, respectivement le signal RF d'entrée, la deuxième extrémité du chemin RF de l'oscillateur comprenant des deuxièmes moyens de découplage bloquant les composantes électriques BF ; et
* un deuxième chemin BF de l'oscillateur propageant le signal électrique BF de mesure, le deuxième chemin BF de l'oscillateur comprenant au moins un deuxième circuit bouchon de l'oscillateur bloquant les composantes électriques RF.
Selon certains modes de réalisation, la deuxième extrémité du premier chemin BF du résonateur RF et la deuxième extrémité du deuxième chemin BF du résonateur RF sont connectées électriquement à un troisième port d'entrée/sortie traversant l'enceinte thermique isolante. Dans les modes de réalisation en question, le troisième port d'entrée/sortie est connecté électriquement à une masse électrique de l'oscillateur RF.
Liste des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre de simple exemple illustratif, et non limitatif, en relation avec les figures, parmi lesquelles :
[Fig. 1], déjà discutée ci-dessus en relation avec la section « Art antérieur et ses inconvénients », illustre un résonateur RF contrôlé en température selon une implémentation connue ;
[Fig. 2] illustre un résonateur RF contrôlé en température selon un mode de réalisation de l'invention ;
[Fig. 3] illustre un oscillateur RF comprenant le résonateur RF contrôlé en température de la Fig. 2 selon un mode de réalisation de l'invention ;
[Fig. 4a] et [Fig. 4b] illustrent les performances en bruit de phase obtenues pour l'oscillateur de la Fig. 3 relativement à un oscillateur comprenant le résonateur RF connu de la Fig. 1.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
Le principe général de l'invention repose sur la réutilisation d'un (ou plusieurs) port d'entrée/sortie d'un résonateur RF contrôlé en température pour propager à la fois un signal RF (e.g. le signal RF 120e d'entrée ou le signal RF 120s de sortie) et un signal BF (e.g. le signal électrique 130ali BF d'alimentation ou le signal électrique 140mes BF de mesure) utilisés par certains des éléments présents à l'intérieur de l'enceinte thermique isolante du résonateur RF. De la sorte, les déperditions thermiques sont réduites, ce qui permet de réduire la consommation en énergie liée au chauffage de l'enceinte.
On présente désormais, en relation avec la Fig. 2 un résonateur RF 200 contrôlé en température selon un mode de réalisation de l'invention.
Le résonateur RF 200 reprend une partie des éléments constitutifs du résonateur RF 100 discuté ci- dessus en relation avec la Fig. 1. Plus particulièrement, le résonateur RF 200 comprend également une enceinte 110 thermique isolante à l'intérieur de laquelle sont implémentés :
un élément résonant 120 configuré pour délivrer le signal RF 120s de sortie lorsqu'il est alimenté par le signal RF 120e d'entrée. Comme discuté ci-dessus en relation avec la Fig. 1, le signal RF 120s de sortie correspond au signal RF 120e d'entrée filtré autour de la fréquence de résonance RF de l'élément résonant 120. Dans d'autres modes de réalisation, plusieurs éléments résonants sont utilisés afin d'améliorer le filtrage du signal RF, et donc les performances en bruit quand bien même la taille de la solution se trouve impactée.
De retour à la Fig. 2, à l'intérieur de l'enceinte 110 est également implémenté : un élément chauffant 130 configuré pour fournir une énergie thermique au sein de l'enceinte 110 lorsque l'élément chauffant 130 est alimenté par le signal électrique 130ali BF d'alimentation. Comme discuté ci-dessus en relation avec la Fig. 1, l'élément chauffant 130 est par exemple une résistance produisant de la chaleur par effet Joule lorsqu'elle est traversée par un courant électrique qui correspond dans ce cas au signal électrique 130ali. Dans d'autres modes de réalisation, plusieurs éléments chauffants sont utilisés, par exemple de manière distribuée à l'intérieur de l'enceinte 110 afin d'en uniformiser la température.
De retour à la Fig. 2, à l'intérieur de l'enceinte 110 est également implémenté :
une sonde de température 140 configurée pour délivrer le signal électrique 140mes BF de mesure proportionnel à une température de l'intérieur de l'enceinte 110 thermique. Comme discuté ci-dessus en relation avec la Fig. 1, la sonde de température 140 est par exemple une résistance variable en fonction de la température. Le signal électrique 140mes BF de mesure est dans ce cas un courant dont l'intensité est fonction de la température lorsque la sonde de température 140 est soumise à une différence de potentiel donnée. Dans d'autres modes de réalisation, plusieurs sondes de température sont utilisées, par exemple de manière distribuée à l'intérieur de l'enceinte 110 afin de mieux estimer la température.
De retour à la Fig. 2, le résonateur RF 200 comprend deux ports d'entrée/sortie, 200esl et 200es2, traversant l'enceinte 110 thermique isolante, chacun des deux ports d'entrée/sortie en question propageant un signal RF, 120e ou 120s, et un signal BF, 130ali ou 140mes. Ainsi, la réutilisation des ports d'entrée/sortie 220esl, 200es2 afin de propager à la fois un signal RF, 120e ou 120s, et un signal BF, 130ali ou 140mes, permet de minimiser le nombre d'ouvertures présentes dans l'enceinte 110. De la sorte, les déperditions thermiques sont réduites, ce qui permet de réduire la consommation en énergie liée au chauffage de l'enceinte 110. En effet, la consommation en énergie est essentiellement liée à la puissance à fournir pour compenser les pertes thermiques dues aux divers accès entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte 110.
De telles pertes sont de plusieurs origines, la conduction thermique, le rayonnement, la convection. A titre comparatif, l'ordre de grandeur de la consommation d'un circuit d'oscillation peut être de quelques dizaines à quelques centaines de microwatts tandis que la consommation des éléments présents dans l'enceinte 110 est de l'ordre de 100 mW.
En général, dans les implémentations industrielles connues l'élément résonant 120 est placé sous vide, limitant ainsi la convection. Le rayonnement est quant à lui maîtrisé par le revêtement du boîtier environnant la zone à maintenir à la température de consigne. La conduction thermique est due aux divers éléments physiques faisant le lien entre la zone à chauffer et l'extérieur de l'enceinte 110. Ces éléments sont les fils électriques et le maintien mécanique. A titre d'exemple, un fils de pontage (ou « wire-bonding » en anglais) d'or de 25 pm de diamètre a une résistivité de 26 MK .W 1.rrf 1. Cette résistivité est divisée par le nombre de fils nécessaire à la mise en oeuvre du résonateur. Par exemple, si on considère un support mécanique en verre d'épaisseur de 100 pm sur une surface de 400 pm c 100 pm, une résistance thermique de 2,5 kK.W 1 est obtenue, ce qui donne une résistance équivalente de 1,9 kK-W^-m 1 avec trois fils de 1 mm de longueur (configuration de la Fig. 2 par exemple) et de 1,7 kK.W 1. m 1 avec cinq fils toujours de 1 mm de longueur (configuration de la Fig. 1 par exemple). La consommation avec cinq fils peut ainsi être estimée à 85,5 mW dans le cas d'une variation de température de 145 K à l'intérieur de l'enceinte 110, et celle de la configuration avec trois fils à 75 mW, soit une réduction de 12% de la consommation en énergie en passant de cinq ports d'entrée/sortie à trois ports d'entrée/sortie. Le même calcul effectué pour des fils de 100 pm de longueur donne une réduction de 33% de la consommation en énergie en passant de cinq ports d'entrée/sortie à trois ports d'entrée/sortie.
Par ailleurs, le temps de démarrage (i.e. le temps nécessaire pour mettre à la température souhaitée les éléments du résonateur RF 200 et donc stabiliser correctement sa fréquence de résonance sur la fréquence voulue) est lié à la masse calorifique du résonateur RF 200, et donc aux fuites thermiques entre autres. Le temps de démarrage du résonateur RF 200 est ainsi également réduit par rapport au temps de démarrage du résonateur RF 100 connu.
Dans d'autres modes de réalisation, un seul port d'entrée/sortie est réutilisé afin de propager à la fois un signal RF et un signal BF à travers l'enceinte 110. Dans ce cas, un gain est tout de même obtenu en termes de pertes thermiques, bien que dans une moindre mesure, par rapport au cas de la Fig. 2 ou plusieurs ports d'entrée/sortie sont réutilisés.
De retour à la Fig. 2, le port d'entrée/sortie 200esl propage à la fois le signal RF 120e d'entrée et le signal électrique 130ali BF d'alimentation. Pour ce faire, une première extrémité du chemin RF 200crf (le chemin RF 200crf étant le chemin sur lequel est implémenté l'élément résonant 120 et le long duquel le signal RF se propage au sein de l'enceinte 110 comme illustré par la flèche en pointillés 200crf sur les figures) et une première extrémité du premier chemin BF 200cbfl (le premier chemin BF 200cbfl étant le chemin sur lequel est implémenté l'élément chauffant 130 et le long duquel le signal électrique 130ali BF d'alimentation se propage au sein de l'enceinte 110 comme illustré par la flèche en pointillés 200cbfl sur les figures) sont connectées électriquement au port d'entrée/sortie 200esl.
De même, le port d'entrée/sortie 200es2 propage à la fois le signal RF 120s de sortie et le signal électrique 140mes BF de mesure. Pour ce faire, une deuxième extrémité du chemin RF 200crf et une première extrémité du deuxième chemin BF 200cbf2 (le deuxième chemin BF 200cbf2 étant le chemin sur lequel est implémenté la sonde de température 140 et sur lequel le signal électrique BF 140mes de mesure se propage au sein de l'enceinte 110 comme illustré par la flèche en pointillés 200cbf2 sur les figures) sont connectées électriquement au port d'entrée/sortie 200esl.
Dans d'autres modes de réalisation, le rôle des ports RF du résonateur RF 200 sont inversés, le résonateur RF 200 étant symétrique du point de vue de son chemin RF 200crf. Dans ce cas, un port d'entrée/sortie propage à la fois le signal RF de sortie et le signal électrique BF d'alimentation, et un autre port d'entrée/sortie propage à la fois le signal RF 120e d'entré et le signal électrique BF 140mes de mesure.
De retour à la Fig. 2, le chemin RF 200crf comprend des moyens de découplage bloquant les composantes électriques BF. De la sorte, le signal électrique 130ali BF d'alimentation est aiguillé vers le premier chemin BF 200cbfl. De même, le signal électrique BF 140mes de mesure est aiguillé vers le deuxième chemin BF 200cbf2.
Dans le mode de réalisation considéré, les moyens de découplage en question comprennent l'élément résonant 120 lui-même. En effet, certains éléments résonants comme ceux du type MEMS, ou du type piézoélectrique, ou encore du type SAW ou BAW présentent naturellement un effet capacitif permettant de bloquer les composantes électriques BF. Dans d'autres modes de réalisation, les moyens de découplage comprennent une (ou plusieurs) capacité, par exemple implémentée sous forme d'un élément discret. Dans d'autres modes de réalisation, les moyens de découplage comprennent un circuit passe-haut d'ordre supérieur permettant une meilleure rejection de certaines fréquences BF.
De retour à la Fig. 2, le premier chemin BF 200cbfl comprend un premier circuit bouchon 200cbl bloquant les composantes électriques RF. De même le deuxième chemin BF 200cbf2 comprend un deuxième circuit bouchon 200cb2 bloquant également les composantes électriques RF. Ainsi, les signaux RF 100e et 100s sont aiguillés vers le chemin RF 200crf.
Dans le mode de réalisation considéré, les premier 200cbl et deuxième 200cb2 circuits bouchons comprennent une inductance, implémentée sous forme d'un élément discret ou sous une forme distribuée (e.g. via un tronçon de piste imprimée se comportant comme une inductance aux fréquences RF). Dans d'autres modes de réalisation, le premier circuit bouchon 200cbl et/ou le deuxième circuit bouchon 200cb2 comprend une pluralité d'éléments (discrets ou distribués) afin d'obtenir un circuit filtrant d'ordre supérieur présentant une meilleure réjection à une fréquence RF donnée qu'une simple inductance.
De retour à la Fig. 2, une deuxième extrémité du premier chemin BF 200cbfl et une deuxième extrémité du deuxième chemin BF 200cbf2 sont connectées électriquement à un troisième port d'entrée/sortie 200es3. Ainsi, le nombre d'ouvertures présentes dans l'enceinte 110 est encore réduit, ainsi que les déperditions thermiques.
Dans d'autres modes de réalisation plusieurs ports d'entrée/sortie sont utilisés afin d'implémenter le chemin de retour vers l'extérieur de l'enceinte 110 des différents signaux BF mis en oeuvre dans le résonateur RF 200.
On présente désormais, en relation avec la Fig. 3 un oscillateur RF 300 comprenant le résonateur RF 200.
Plus particulièrement, le résonateur RF 200 permet de filtrer le signal d'oscillation entretenu par la partie active 310 de l'oscillateur afin d'obtenir de bonnes performances, par exemple en termes de bruit de phase.
Par ailleurs, la partie active 310 permet également de mesurer le signal électrique BF 140mes de mesure délivré par la sonde de température 140 et de générer le signal électrique BF 130ali d'alimentation de l'élément chauffant 130 en fonction de la valeur mesurée pour le signal électrique 140mes. Dans d'autres modes de réalisation, les fonctions de mesure du signal électrique BF 140mes et de génération du signal électrique BF 130ali sont déportées de la partie active 310 dédiée en tant que telle dans ce cas à la génération et à l'entretien des oscillations RF.
De retour à la Fig. 3, le port d'entrée/sortie 200esl est connecté électriquement à la fois à :
une première extrémité d'un chemin RF de l'oscillateur 300 propageant le signal RF 120e d'entrée et comprenant des premiers moyens de découplage 300mdl bloquant les composantes électriques BF ; et
un premier chemin BF de l'oscillateur 300 propageant le signal électrique 130ali BF d'alimentation et comprenant un premier circuit bouchon 300cbl de l'oscillateur 300 bloquant les composantes électriques RF.
Par ailleurs, le port d'entrée/sortie 200es2 est connecté électriquement à la fois à :
une deuxième extrémité du chemin RF de l'oscillateur 300 propageant le signal RF 120s de sortie et comprenant des deuxièmes moyens de découplage 300md2 bloquant les composantes électriques BF ; et
un deuxième chemin BF de l'oscillateur 300 propageant le signal électrique 140mes BF de mesure et comprenant un deuxième circuit bouchon 300cb2 de l'oscillateur 300 bloquant les composantes électriques RF.
Dans le mode de réalisation considéré, les premier 300cbl et deuxième 300cb2 circuits bouchons de l'oscillateur 300 comprennent une inductance, implémentée sous forme d'un élément discret ou sous une forme distribuée (e.g. via un tronçon de piste imprimée se comportant comme une inductance aux fréquences RF). Dans d'autres modes de réalisation, le premier circuit bouchon 300cbl de l'oscillateur 300 et/ou le deuxième circuit bouchon 300cb2 de l'oscillateur 300 comprend une pluralité d'éléments (discrets ou distribués) afin d'obtenir un circuit filtrant d'ordre supérieur présentant une meilleure réjection à une fréquence RF donnée qu'une simple inductance.
De retour à la Fig. 3, les premier 300mdl et deuxième 300md2 moyens de découplage comprennent une (ou plusieurs) capacité, par exemple implémentée sous forme d'un élément discret. Dans d'autres modes de réalisation, les premiers moyens de découplage 300mdl et/ou les deuxièmes moyens de découplage 300md2 sont implémentés sous forme d'un circuit passe-haut d'ordre supérieur permettant une meilleure rejection de certaines fréquences BF.
Dans les modes de réalisation précités du résonateur RF 200 dans lesquels un seul port d'entrée/sortie est réutilisé afin de propager à la fois un signal RF et un signal BF à travers l'enceinte 110, seul le port d'entrée/sortie en question est connecté à la fois au chemin RF de l'oscillateur 300 et à un de ses chemin BF via les moyens correspondants décrits ci-dessus. Les autres ports d'entrée/sortie sont connectés de manière connue au chemin RF ou BF correspondants.
De retour à la Fig. 3, le port d'entrée/sortie 200es3 est connecté électriquement à la masse électrique de l'oscillateur 300.
Dans les modes de réalisation précités dans lesquels plusieurs ports d'entrée/sortie sont utilisés afin d'implémenter le chemin de retour, vers l'extérieur de l'enceinte 110, de tout ou partie des différents signaux BF mis en œuvre dans le résonateur RF 200, les ports d'entrée/sortie en question sont chacun connectés électriquement à la masse électrique de l'oscillateur 300.
On présente désormais, en relation avec les Fig. 4a et Fig. 4b certaines performances en bruit de phase (NF) obtenues pour l'oscillateur 300 dans une configuration où il est configuré pour résonner à 418 MHz.
Plus particulièrement :
la courbe 400a2 (Fig. 4a) illustre le bruit de phase mesuré pour l'oscillateur 300 en fonction de l'offset de fréquence par rapport à la fréquence de résonance du résonateur 200 et pour une température donnée à l'intérieur de l'enceinte 110 (ici 62°C) ; et
la courbe 400al (Fig. 4a) illustre le bruit de phase mesuré pour un oscillateur, dit de référence, ayant les mêmes éléments constitutifs que le l'oscillateur 300 mis à part le résonateur RF 100 connu qui est utilisé en lieu et place du résonateur RF 200. Le bruit de phase est ici également mesuré en fonction de l'offset de fréquence par rapport à la fréquence de résonance du résonateur 100 et pour la même température donnée à l'intérieur de l'enceinte 110 (ici 62°C).
En comparant les courbes 400al et 400a2, on note que la dégradation des performances en bruit de phase de l'oscillateur 300 reste marginale (i.e. inférieure à 20 % en pratique) par rapport à l'oscillateur de référence. Ce résultat reste valable malgré la présence des différents éléments additionnels mis en œuvre dans le résonateur 200 et dans l'oscillateur 300 (circuits bouchons 200cbl, 200cb2, 300cbl, 300cb2 et moyens de découplage 300mdl, 300md2).
La même conclusion s'impose en observant les performances en bruit de phase obtenues en fonction de la température à l'intérieur de l'enceinte 110. Plus particulièrement :
les courbes 400bl et 400b2 (Fig. 4b) illustrent le bruit de phase mesuré respectivement pour l'oscillateur 300 et pour l'oscillateur de référence, à 100 Hz d'offset de la fréquence de résonance du résonateur mis en œuvre dans l'oscillateur en question, et en fonction de la température (chacune des courbes 400bl et 400b2 est normalisée par rapport à la valeur de la courbe 400b2 à 28,5°C) ;
les courbes 400b3 et 400b4 (Fig. 4b) illustrent le bruit de phase mesuré respectivement pour l'oscillateur 300 et pour l'oscillateur de référence, à 1 kHz d'offset de la fréquence de résonance du résonateur mis en œuvre dans l'oscillateur en question, et en fonction de la température (chacune des courbe 400b3 et 400b4 est normalisée par rapport à la valeur de la courbe 400b4 à 28,5°C) ;
les courbes 400b5 et 400b6 (Fig. 4b) illustrent le bruit de phase mesuré respectivement pour l'oscillateur 300 et pour l'oscillateur de référence, à 10 kHz d'offset de la fréquence de résonance du résonateur mis en œuvre dans l'oscillateur en question, et en fonction de la température (chacune des courbe 400b5 et 400b6 est normalisée par rapport à la valeur de la courbe 400b6 à 28,5°C).
En comparant entre elles les courbes 400bl et 400b2, puis les courbes 400b3 et 400b4 et enfin les courbes 400b5 et 400b6, on note que la dégradation des performances en bruit de phase de l'oscillateur 300 reste là encore marginale (i.e. inférieure à 20 % en pratique) par rapport à l'oscillateur de référence quelle que soit la température considérée à l'intérieur de l'enceinte 110.

Claims

REVENDICATIONS
1. Résonateur radiofréquence (200), ou RF, contrôlé en température et comprenant une enceinte (110) thermique isolante à l'intérieur de laquelle sont implémentés :
- au moins un élément résonant (120) configuré pour délivrer un signal RF (120s) de sortie lorsqu'il est alimenté par un signal RF d'entrée (120e), ledit signal RF de sortie correspondant audit signal RF d'entrée filtré autour d'une fréquence de résonance dudit au moins un élément résonant ;
- au moins un élément chauffant (130) configuré pour fournir une énergie thermique au sein de ladite enceinte thermique lorsque ledit au moins un élément chauffant est alimenté par un signal électrique basse fréquence (130ali), ou BF, d'alimentation ; et
- au moins une sonde de température (140) configurée pour délivrer un signal électrique BF de mesure (140mes) fonction d'une température à l'intérieur de ladite enceinte thermique ; caractérisé en ce qu'il comprend au moins un port d'entrée/sortie (200esl, 200es2) traversant ladite enceinte thermique isolante, ledit au moins un port d'entrée/sortie propageant au moins :
- un signal parmi lesdits signaux RF (120e, 120s) ; et
- un autre signal parmi lesdits signaux électriques BF (130ali, 140mes).
2. Résonateur RF selon la revendication 1 comprenant en outre à l'intérieur de ladite enceinte thermique isolante :
- un chemin RF (200crf) sur lequel se propagent lesdits signaux RF et sur lequel est implémenté ledit au moins un élément résonant, ledit chemin RF comprenant des moyens de découplage bloquant les composantes électriques BF.
3. Résonateur RF selon la revendication 2 dans lequel lesdits moyens de découplage comprennent ledit au moins un élément résonant.
4. Résonateur RF selon la revendication 2 ou 3 comprenant en outre à l'intérieur de ladite enceinte thermique isolante :
- un premier chemin BF (200cbfl) sur lequel se propage ledit signal électrique BF d'alimentation et sur lequel est implémenté ledit au moins un élément chauffant, ledit premier chemin BF comprenant au moins un premier circuit bouchon (200cbl) bloquant les composantes électriques RF ; et/ou
- un deuxième chemin BF (200cbf2) sur lequel se propage ledit signal électrique BF de mesure et sur lequel est implémentée ladite au moins une sonde de température, ledit deuxième chemin BF comprenant au moins un deuxième circuit bouchon (200cb2) bloquant les composantes électriques RF.
5. Résonateur RF selon la revendication 4 dans lequel :
- une première extrémité dudit chemin RF et une première extrémité dudit premier chemin BF sont connectées électriquement à un premier port d'entrée/sortie traversant ladite enceinte thermique isolante ; et/ou
- une deuxième extrémité dudit chemin RF et une première extrémité dudit deuxième chemin BF sont connectées électriquement à un deuxième port d'entrée/sortie traversant ladite enceinte thermique isolante.
6. Résonateur RF selon la revendication 4 ou 5 comprenant ledit premier chemin BF et ledit deuxième chemin BF,
dans lequel une deuxième extrémité dudit premier chemin BF et une deuxième extrémité dudit deuxième chemin BF sont connectées électriquement à un troisième port d'entrée/sortie (200es3) traversant ladite enceinte thermique isolante.
7. Oscillateur RF (300) comprenant un résonateur RF (200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
8. Oscillateur RF selon la revendication 7 dans lequel ledit résonateur RF est selon la revendication 5 ou 6, et dans lequel :
- ledit premier port d'entrée/sortie (200esl) est connecté électriquement à la fois au moins à :
* une première extrémité d'un chemin RF dudit oscillateur propageant ledit signal RF d'entrée, respectivement ledit signal RF de sortie, ladite première extrémité dudit chemin RF dudit oscillateur comprenant des premiers moyens de découplage (300mdl) bloquant les composantes électriques BF ; et
* un premier chemin BF dudit oscillateur propageant ledit signal électrique BF d'alimentation, ledit premier chemin BF dudit oscillateur comprenant au moins un premier circuit bouchon (300cbl) dudit oscillateur bloquant les composantes électriques RF ; et/ou
- ledit deuxième port d'entrée/sortie (200es2) est connecté électriquement à la fois au moins à :
* une deuxième extrémité dudit chemin RF dudit oscillateur propageant ledit signal RF de sortie, respectivement ledit signal RF d'entrée, ladite deuxième extrémité dudit chemin RF dudit oscillateur comprenant des deuxièmes moyens de découplage (300md2) bloquant les composantes électriques BF ; et
* un deuxième chemin BF dudit oscillateur propageant ledit signal électrique BF de mesure, ledit deuxième chemin BF dudit oscillateur comprenant au moins un deuxième circuit bouchon (300cb2) dudit oscillateur bloquant les composantes électriques RF.
9. Oscillateur RF selon la revendication 7 ou 8 dans lequel ledit résonateur RF est selon la revendication 6, et dans lequel ledit troisième port d'entrée/sortie est connecté électriquement à une masse électrique dudit oscillateur RF.
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