FR2522885A1 - Ensemble de circuits hyperfrequences du type microbande, destines a des bandes de frequences differentes, et application d'un tel ensemble - Google Patents

Abstract

ENSEMBLE DE CIRCUITS MICROBANDE RESPECTIVEMENT DESTINES A DES BANDES DE FREQUENCES DIFFERENTES. IL COMPREND : DEUX SUBSTRATS SUPERPOSES 2, 5 D'EPAISSEURS DIFFERENTES DONT LE PLUS MINCE 2, DANS LA ZONE OU SA FACE INTERNE EST RECOUVERTE D'UNE METALLISATION CONTINUE FORMANT UN PREMIER PLAN DE MASSE 4 PORTE SUR SA FACE SUPERIEURE DES CIRCUITS 3 DESTINES AUX FREQUENCES SUPERIEURES, ET DONT LE PLUS EPAIS 5 SERT A PORTER SUR SA FACE EXTERIEURE UN SECOND PLAN DE MASSE 6 DANS LA ZONE OU LA FACE EXTERNE DU SUBSTRAT MINCE 2 PORTE DES CIRCUITS 7 DESTINES AUX FREQUENCES INFERIEURES. LES PERMITTIVITES RELATIVES DE CES SUBSTRATS 2, 5 SONT EGALEMENT CHOISIES EN FONCTION DES LONGUEURS D'ONDES. APPLICATION A DES RECEPTEURS HYPERFREQUENCES A DOUBLE CONVERSION, OU LE SIGNAL RECU EST DANS LA BANDE DES ONDES CENTIMETRIQUES ET OU LA PREMIERE FREQUENCE INTERMEDIAIRE EST DANS LA BANDE DES ONDES DECIMETRIQUES.

Description

ENSEMBLE DE CIRCUITS HYPERFREQUENCES
DU TYPE MICROBANDE,
DESTINES A DES BANDES DE FREQUENCES DIFFERENTES,
ET APPLICATION D'UN TEL ENSEMBLE.

La présente invention concerne un ensemble de circuits hyperfréquence de type microbande qui sont destinés à fonctionner respectivement dans au moins deux bandes de fréquences différentes, par exemple, I'un dans la bande des ondes centimétriques et l'autre dans la bande des ondes décimétriques. Elle se rapporte également à une application d'un tel ensemble de circuits à un récepteur microondes destiné, par exemple, à la réception directe de signaux (de télévision) diffusés par l'intermédiaire de satellites géostationnaires pour constituer l'environnement des éléments actifs (transistors hyperfréquence et UHF, par exemple) équipant la tête haute-fréquence (amplificateurs radio- fréquence, convertisseur et amplificateurs de fréquence intermédiaire).

Dans un circuit en microbande, on choisit généralement la nature et l'épaisseur du substrat diélectrique en fonction de la bande de fréquences pour laquelle il est destiné. Plus précisèment, pour un circuit en microbande à constantes réparties, I'épaisseur du diélectrique doit représenter une faible fraction de la longueur d'onde sur la ligne (Ag) ; par conséquent, dans la bande autour de 12 GHz (SHF) où la longueur d'onde dans le vide A o est d'environ 2,5 centimètres, on choisira un diélectrique à plus faibles pertes et de plus faible épaisseur (0,4 millimètres par exemple) que dans la bande autour de 1,2 GHz (UHF) où la longueur d'onde dans le vide N est de 25 centimètres environ, où l'épaisseur du diélectrique choisi peut être notablement supérieure (1,6 millimètres par exemple).

Une tête haute-fréquence (à facteur de bruit réduit) d'un récepteur hyperfréquence comprend, par exemple, en cascade: un amplificateur radio-fréquence à deux étages amplifiant le signal reçu dans la bande des ondes centimétriques, un convertisseur hétérodyne composé d'un oscillateur local (à fréquence fixe) et d'un mélangeur et transposant la fréquence du signal d'entrée vers une fréquence intermédiaire inférieure, située, par exemple, dans la bande des ondes décimétriques, où le gain des amplificateurs est plus élevé tout en permettant de transmettre des signaux dans une large bande de fréquences, et un amplificateur de fréquence intermédiaire également à deux étages.L'amplificateur radio-fréquence, le circuit d'entrée du mélangeur et l'oscillateur local comportent des filtres (circuits résonants) et d'autres réactances (capacitives et inductives) réalisées sous la forme de constantes réparties en microbande sur un premier substrat diélectrique permettant de travailler dans la bande des ondes centimétriques, tandis que le circuit de sortie du mélangeur et l'amplificateur de fréquence intermédiaire fonctionnant dans la bande des ondes décimétriques (L ou UHF) comprennent des éléments en microbande réalisés sur un second substrat de plus grande épaisseur, ce qui implique également que les tronçons de ligne formés à l'aide de bandes conductrices doivent y présenter des dimensions (largeur et longueur) supérieures.

La réalisation de bonnes liaisons électriques et mécaniques entre deux ou plusieurs substrats d'épaisseurs différentes présente des difficultés que l'on peut résoudre soit en utilisant un support mécanique supplémentaire auquel on fixe (colle ou soude) les différents substrats, soit en réalisant sur un même substrat dont l'épaisseur est au moins égale à celle du substrat de la plus grande épaisseur, des zones d'épaisseurs différentes en forme de gorges, d'évidements ou de cuvettes (voir US-A-3 879 690, par exemple) par usinage ou moulage.Ces différentes solutions présentent des inconvénients en ce qui concerne leur coût de fabrication élevé soit en main d'oeuvre, soit en outillage spécifique (moules), et posent des problèmes de fiabilité de l'adhésion des couches métalliques et nécessitent l'utilisation de procédés de photolithographie (photogravure au moyen de vernis sensibles à la lumière appelés "photoresist") aux endroits des transitions entre les différentes épaisseurs (notamment sur les arêtes).

La présente invention permet de pallier les inconvénients et d'éviter les défauts susmentionnés inhérents aux solutions de l'état antérieur de la technique.

L'invention a pour objet un ensemble de circuits en microbande destiné à fonctionner dans des bandes de fréquences différentes et composé d'un assemblage d'au moins deux substrats diélectriques superposés.

Suivant l'invention, cet ensemble de circuits en microbande est caractérisé en ce que ces substrats ont des épaisseurs et des permittivités relatives différentes qui sont respectivement choisies en fonction des longueurs d'onde des signaux que transmettent les circuits en microbande qui recouvrent l'une au moins des faces extérieures de cet assemblage.

Un autre objet de l'invention est constitué par une application d'un tel ensemble de circuits à une tête haute-fréquence d'un récepteur microonde.

L'invention sera mieux comprise et d'autres de ses objets, caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit et des dessins annexés s'y rapportant, donnés à titre d'exemple, sur lesquels:
- la figure 1 est une coupe en élévation schématique d'un ensemble de circuits en microbande permettant d'illustrer le principe de l'invention;
- les figures 2a, 2b, 2c, 2d et 2e montrent, en coupe, cinq configurations possibles qu'un tel ensemble permet de réaliser;
- la figure 3 illustre en coupe un mode de réalisation d'un ensemble de circuits destiné à fonctionner dans déux bandes de fréquences différentes avec des liaisons entre différentes couches conductrices;
- la figure 4 est un schéma synoptique d'une tête hautefréquence d'un récepteur microonde qui constitue une application possible d'un tel ensemble de circuits ; et
- les figures Sa et 5b sont respectivement des coupes axiale en élévation et transversale selon le plan AA du précédent, illustrant un mode d'agencement possible de la transition 10 entre le guide circulaire GOC et le circuit SHF 3 en microbande permettant de relier l'antenne au circuit électronique de la partie amont, externe du récepteur hyperfréquence (microonde).

Sur la figure I, on a représenté en coupe un ensemble de circuits en microbande 1 destiné à deux bandes de fréquences différentes, notamment SHF (super-hautes fréquences aux alentours de 12 GHz, par exemple) et UHF (ultra-hautes fréquences autour de 1,2 GHz, par exemple), où le rapport des fréquences centrales respectives des deux bandes est de 10 environ. Un tel ensemble comprend deux substrats assemblés dont le plus mince 2 est destiné à porter sur une partie (zone de gauche) de sa face supérieure les circuits en microbande SHF (ondes centimétriques) représentés par une première métallisation portant le répère 3. La face inférieure du substrat mince 2 porte une seconde métallisation 4 presqu'ininterrompue qui constitue le plan de masse pour les circuits
SHF en microbande.La seconde métallisation 4 n'est déposée que du côté opposé à ces dernières, car épaisseur du substrat mince 2 est mal adaptée pour la réalisation de tronçons de ligne ayant des impédances adéquates pour la bande de fréquences UHF (ondes décimétriques).

Dans le mode de réalisation préféré de l'ensemble de circuits en microbande destinés à deux fréquences différentes, les circuits destinés à la bande UHF sont représentés par une troisième métallisation 7 également déposée sur la face supérieure du substrat mince 2, située dans l'autre partie (zone de droite) de celle-ci. La face du substrat mince 2, qui est du côté opposé à cette zone de métallisation, est épargnée, c'est-à-dire nue ou non recouverte de couche conductrice. Un second substrat 5 de plus grande épaisseur est appliqué par sa face supérieure nue contre la face inférieure du premier substrat 2 qui porte du côté gauche le plan de masse 4 des circuits SHF.La fixation de l'assemblage des deux substrats 2 et 5 préalablement munis de leurs métallisations selon la technique classique des circuits imprimés, est effectuée, par exemple, au moyen de rivets (oeillets) et/ou d'une colle en résine polymérisante électriquement isolante (non représentés sur la figure 1).

L'assemblage peut également être réalisé à l'aide d'agrafes ou de clous soudés. Certains de ces rivets peuvent servir de moyen d'interconnexion entre les métallisations respectives de la face inférieure du substrat épais 5 et de la face supérieure du substrat mince 2, comme il sera expliqué plus loin. La face inférieure du substrat épais 5 est munie d'une quatrième métallisation 6 qui, afin de constituer le plan de masse des circuits UHF (ondes décimétriques), est disposée en regard de la métallisation 7 de la face supérieure du substrat mince 2 (à la verticale de la zone 8 où sa face inférieure est épargnée).

La face inférieure du substrat épais 5 dans la zone 9 située sous les métallisations 3 et 4 du substrat mince a été représentée comme épargnée (nue). Elle peut toutefois être utilisée pour porter, par exemple, des circuits (intégrés) d'alimentation et de polarisation en tensions continues (régulateurs), des éléments de liaison et forme de bandes métalliques reliant ces dernières aux électrodes des éléments actifs, des zones métallisées servant de condensateurs de découplage et, éventuellement, un oscillateur local à fréquence fixe contenu dans une cavité métallique fermée, ou une couche de masse supplémentaire sans fonction particulière.

Le substrat mince 2 dont l'épaisseur peut être choisie égale à 0,4 millimètres (1"/64), est réalisé en un matériau isolant présentant de faibles pertes diélectriques, et une bonne rigidité mécanique, tel qu'un tissu de fibres de verre imprégné (ou noyé dans une matrice) de polytétrafluoroéthylène qui présente une permittivité relative r de 2,65 environ (voir ouvrage britannique de HARVEY intitulé "MICROWAVE ENGINEERING", publié par "ACADEMIC PRESS" en 1963). Le substrat plus épais 5 dont l'épaisseur peut être choisie égale à 1,6 millimètres (1"/16), par exemple, est réalisé en un matériau isolant moins performant et moins coûteux, couramment disponible, tel qu'un composé à base d'une résine phénolique (phénol-formol) commercialisé sous la dénomination de "BAKELITE", bien connu, dont la permittivité relative r de 4,8 environ, est relativement élevée.Ceci présente un avantage en ce qui çoncerne la réalisation des circuits en microbande pour la bande
UHF dont le substrat résulte de la superposition du substrat mince 2 et du substrat épais 5 avec, éventuellement, une faible couche de colle (époxyde-r r = environ) ou d'air entre leurs faces en regard et dont la permittivité relative résultante est comprise entre celles des deux matériaux, pondérées suivant leurs épaisseurs respectives, car la longueur. d'onde sur une ligne en microbande est inversement proportionnelle à la racine carrée de la permittivité relative du substrat qui la porte, de telle sorte qu'une longueur de quart-d'onde à la fréquence intermédiaire de 1,2 CHz (25 cm) se réduit à 38 millimètres environ (au lieu de 62,5).

On notera ici que l'on peut choisir des matériaux des substrats et des épaisseurs autres que ceux mentionnés cidessus. I1 est évident que plus la fréquence sera élevée ou la longueur d'onde courte, plus on aura avantage à réduire l'épaisseur et la permittivité relative du substrat (résines du type "fluorocarbonsn - PTFE,FEP polyamides, polypropylène). Par contre, pour la partie inférieure de la bande UHF (ondes décimétriques), on a avantage à utiliser des.

substances diélectriques de permittivité élevée (mica - verre, céramiques).

En résumé, on peut remarquer que l'utilisation d'un substrat de faible épaisseur en un matériau diélectrique à permittivité relative faible, est intéressante pour la réalisation de circuits en microbande dans la bande des ondes centimétriques. Par contre, dans la bande des ondes décimétriques, un substrat dont l'épaisseur est un multiple de celle du précédent et dont la permittivité relative est aussi élevée que possible, est d'une utilisation avantageuse.

Suivant un mode de réalisation de l'invention, on assemble donc deux substrats d'épaisseurs et de permittivités relatives différentes pour réaliser un ensemble de circuits en microbande dont deux parties doivent fonctionner dans deux bandes de fréquences différentes. Dans la zone où la face supérieure du substrat plus mince porte le circuit de la bande supérieure, son autre face est recouverte d'un premier plan de masse et dans la zone où cette face supérieure porte le circuit de la bande inférieure, la face inférieure du substrat plus mince est nue et celle du substrat plus épais est recouverte d'un second plan de masse, la face supérieure du substrat plus épais étant laissée nue (épargnée) dans tous les cas.

Sur les figures 2a à 2e, on a représenté en coupe cinq configurations possibles d'un ensemble de circuits en microbande devant fonctionner dans deux bandes de fréquences, respectivement différentes et réalisé au moyen de deux substrats diélectriques superposés d'épaisseurs et de permittivités relatives choisies en fonction des longueurs d'ondes respectives.

Sur la figure 2a, on a reproduit le côté gauche de la figure 1, c'est-à-dire le circuit microbande pour la bande des fréquences supérieures (SHF), où uniquement le substrat plus mince 2 est pourvu de métallisations 3, 4 dont la première représente le côté circuit
SHF (ou actif) et dont la seconde est le côté masse (SHF).

Sur la figure 2b, on a reproduit le côté droit de la figure 1, où les substrats 2, 5 sont assemblés par leurs faces épargnées (nues) par (ou sans) l'intermédiaire d'une couche diélectrique 8 de colle ou d'air et où les métallisations 7 et 6 sont respectivement portées par leurs faces tournées vers l'extérieur, la métallisation 7 étant le côté circuit UHF et l'autre 6 le côté masse (UHF). Dans ce cas,
I'épaisseur de l'assemblage est au moins égale à la somme des épaisseurs respectives des deux substrats (plus de 2 mm).

Sur la figure 2c, on a représenté une troisième configuration possible, qui peut être combinée avec la première (de la figure 2a) et où le côté actif -UHF 70 est porté par la face inférieure du substrat épais 5 et le côté masse 40 est porté, soit par la face inférieure du substrat mince 2, lorsqu'il est commun aux deux circuits (SHF et UHF), soit par la face supérieure du substrat épais 5, lorsqu'il est destiné uniquement au circuit UHF.

Sur la figure 2d, on a représenté une quatrième configuration, où le côté masse 41 est commun aux deux circuits SHF et UHF respectivement portés par les faces supérieure du substrat mince 2 et inférieure du substrat épais 5. La métallisation 41 côté masse est alors portée, soit uniquement par la face inférieure du substrat mince 2, soit par les faces en regard respectives des deux substrats 2, 5. 1l faut alors prévoir une traversée adaptée (à rapport d'ondes stationnaires proche de l'unité), éventuellement coaxiale, pour réunir la sortie du mélangeur à l'entrée de la chaîne d'amplification à fréquence intermédiaire (UHF) qui se trouvent disposés sur les faces extérieures des deux substrats 2, 5 réunis avec le plan de masse 41 situé à leur interface, qui comprend une lacune circulaire, coaxiale avec la tige conductrice de liaison constituant l'âme de la traversée.

Sur la figure 2e, on a représenté en coupe une autre configuration qui est l'inverse de celle de la figure 2b, où le plan de masse 60 est constitué par la métallisation de la face supérieure du substrat mince 2 et où le circuit microbande UHF représenté par la métallisation 72, est porté par la face inférieure du substrat épais 5. Les autres faces des substrats 2, 5 qui sont mises en regard ou en contact lors de leur assemblage, restent nues.

A la différence des circuits imprimés multicouches connus, les métallisations actives 3, 30 et 7, 70 à 72 sont des circuits de type microbande respectivement destinés à des gammes d'ondes différentes et les substrats assemblés présentent des épaisseurs, des permittivités et des qualités (isolement, pertes diélectriques) différentes, respectivement adaptées à la gamme d'onde de fonction ment.

La figure 3 illustre par une coupe en élévation un exemple d'exécution du mode de réalisation préféré de l'invention, où les circuits en microbande SHF et UHF sont disposés du même côté du substrat mince 2 et où leurs plans de masse 4 et 6 respectifs sont portés par les faces inférieures des substrats mince 2 et épais 5 (de façon analogue à la figure 1).

Les circuits SHF 3 comprennent des tronçons de ligne à haute impédance 32 en ruban mince (de largeur inférieure à l'épaisseur du substrat 2) qui permettent de réaliser des réactances inductives de valeurs élevées, équivalentes à des bobines de choc, servant à isoler l'électrode d'un élément actif en ce qui concerne l'onde SHF.Ils comprennent également des métallisations 31 de plus grandes dimensions (de longueurs et largeurs très supérieures à l'épaisseur du substrat 2 ou encore comparables à la longueur d'onde dans le substrat, par exemple) qui constituent avec le plan de masse 4 situé sur l'autre face du substrat mince 2, des capacités de découplage et des rubans métalliques 33 dont les largueurs peuvent être comprises, par exemple, entre la moitié et le double de l'épaisseur du substrat, pour obtenir des impédances caractéristiques de plusieurs dizaines ou d'une centaine d'ohms, et dont les longueurs sont des multiples entiers du quart de la longueur d'onde sur la ligne, qui constituent des circuits résonants à éléments répartis.D'autres îlots 34 métallisés de petites dimensions, rectangulaires ou carrés, permettent d'effectuer la fixation des boîtiers des transistors à effet de champ et la liaison entre leurs sources et la masse 4 (SHF). Au moins un îlot rectangulaire 43 permet l'interconnexion des deux masses 4 et 6 à l'aide de deux rivets 92, 93. En variante à la place de rivets on prévoit des clous ou des languettes soudées. Les deux substrats 2, 5 sont traversés de part en part par deux trous parallèles passant par deux endroits de l'îlot 43 situé à la limite entre la zone 3 réservée aux circuits SHF et celle 7 réservée aux circuits UHF. Le trou 91 dans le substrat épais 5, situé du côté du circuit SHF 3 est élargi afin de constituer une ouverture suffisante pour le passage de la tête inférieure du rivet court 92 qui s'appuie sur le plan de masse
SHF 4.L'autre tête de ce rivet 92 est pressée contre l'îlot 43 qui est ainsi relié à la masse 4. Le corps (tige) du rivet long 93 dont la tête supérieure prend appui sur l'îlot 43 et dont la tête inférieure s'applique contre le plan de masse UHF 6, traverse l'assemblage de substrats superposés de part en part.

Le circuit UHF 7 comprend également des lignes de forte impédance 75 (faible largeur) pour réaliser des réactances inductives, des tronçons de ligne de largeur moyenne 74 (environ égale à la moitié de la somme des épaisseurs des deux substrats) permettant de réaliser des lignes parallèles couplées et des tronçons de ligne de basse impédance 73 (dont la largeur peut, par exemple, atteindre jusqu'au double de l'épaisseur des deux substrats assemblés) pour réaliser des tronçons d'adaptation d'impédance d'un quart d'onde, par exemple.

Lorsque des conducteurs de distribution 56 des tensions continues sont disposés sur la zone 9 de la face inférieure du substrat épais 5, qui n'est pas utilisée pour le plan de masse UHF 6, chacun de ces conducteurs peut être relié à une aire métallisée 55 en bordure de cette face, sous un condensateur de découplage 31 situé sur la face supérieure du substrat mince 2. Cette aire 55 forme avec le plan de masse SHF 4 pris entre les deux substrats 2 et 5, une capacité supplémentaire qui est avantageusement reliée en parallèle à l'armature chaude de la capacité de découplage 31 formée par l'aire métallisée située du côté opposé de l'assemblage des substrats.

Pour effectuer la liaison électrique entre ces deux aires 31, 55 sans liaison à la masse UHF 4 (ou commune 41), on aménage dans celle-ci une zone circulaire épargnée 80 de diamètre supérieur à ceux des rivets utilisés pour la liaison conductrice, dont le centre est situé approximativement sur l'axe réunissant les centres respectifs des aires 31, 55. Les deux substrats 2, 5 assemblés sont percés de trous les traversant de part en part et passant par ces centres pour permettre le passage d'un rivet 90 dont les têtes sont en contact avec les métallisations de ces aires 31, 55. Des rivets de ce type permettent ainsi d'assurer, d'une part, la transmission entre les plans de masse différentes et d'autre part, les interconnexions entre des revêtements métalliques respectivement disposés sur les côtés opposés du substrat composite (une telle utilisation de rivets a été mentionnée, par exemple, dans la publication GB-A-649 398), notamment, pour amener des tensions d'alimentations et/ou de polarisation continues aux éléments actifs équipant les circuits dont les éléments passifs sont en microbande. Une autre fonction de ces rivets (90, 93) est d'assurer la tenue mécanique de l'assemblage des substrats 2, 5, lorsqu'ils ne sont pas collés. Dans ce cas, il est indispensable de disposer un certain nombre de ces rivets notamment à la périphérie de cet assemblage.

On notera ici que l'ensemble de circuits en microbande suivant l'invention peut comporter plus de deux substrats superposés, de matériaux et d'épaisseurs différents.

La figure 4 est un schéma synoptique (bloc diagramme) d'une application d'un ensemble de circuits en microbande suivant l'invention, constituée par la partie amont d'un récepteur d'ondes centimétriques, tel qu'utilisé pour la réception directe des signaux de télévision diffusés par des satellites géostationnaires. Une telle partie amont généralement appelée tête haute-fréquence ou radiofréquence, est avantageusement disposée tout près de l'antenne extérieure qui doit être très directive (gain élevé), afin de limiter la longueur du trajet des ondes centimétriques entre l'antenne et l'entrée de l'amplificateur SHF, car l'atténuation subie par la porteuse SHF modulée diminuera le rapport du signal sur le bruit du récepteur, c'est-à-dire e n augmentera d'autant le facteur de bruit d'autant.Une telle tête haute-fréquence est également applicable à d'au tes liaisons hertziennes par ondes centimétriques, par satellites ou non.

L'antenne directive de réception ANT représentée ici est du type Cassegrain bien connu. Elle comprend un réflecteur parabolique
RPB (dont la surface réfléchissante constitue un paraboloîde de révolution) dans le foyer duquel on a disposé un sous réflecteur hyperbolique SRH qui renvoie les ondes électromagnétiques atteignant le réflecteur RPB vers le cornet de réception COR comprenant une surface conductrice tronconique dont le diamètre décroît graduellement jusqu'à atteindre celui du guide d'onde de section circulaire GOC qui alimente l'entrée de la tête HF contenue dans un boîtier étanche à l'humidité, fixé à l'arrière du réflecteur RPB.

Cette entrée est constituée par une transition guide-microbande 10 adaptée dont la sortie alimente entrée de signal d'un préamplificateur radio-fréquence 11 équipé de transistors à effet de champ en arséniure de gallium (AsGa) avec grille à barrière de Schottky (MESFET). La sortie du préamplificateur 11 alimente entrée de signal d'un mélangeur héterodyne 12 dont une autre entrée est alimentée par un oscillateur local 13 à fréquence fixe, afin de transposer la porteuse modulée reçue de la bande des ondes centimétriques (12 GHz) dans la bande des ondes décimétriques (1,2
GHz). L'oscillateur local 13 fonctionnera donc également dans la bande des ondes centimétriques (10,8 ou 13,4 GHz).

Les circuits qui constituent l'environnement des transistors à effet de champ du préamplificateur 11 et les deux circuits d'entrée du mélangeur 12 sont réalisés en microbande dans la zone SHF 3 de l'assemblage illustré sur la figure 3, c'est-à-dire dans la zone où la face inférieure (occultée) du substrat mince 2 (à faible permittivité) est munie d'un revêtement conducteur formant plan de masse 4.

La sortie du mélangeur 12 est couplée à l'entrée d'un amplificateur de fréquence intermédiaire (FI) 14 dont la bande passante de plusieurs centaines de MHz est centrée sur 1,2 GHz. L'élément de couplage comprend, de préférence, un filtre passe-bas en microbande permettant d'éliminer les fréquences supérieures à 2 GHz environ. L'amplificateur FI 14 fonctionnant dans la bande UHF peut également être réalisé à l'aide de circuits en microbande qui constituent l'environnement des transistors UHF bipolaires ou à effet de champ qui l'équipent. Ces circuits sont toutefois réalisés dans la zone UHF 7 de la figure 3, d'où le revêtement métallique entre les deux substrats 2,5 superposés est absent et où la face inférieure du substrat épais 6 de permittivité plus élevée est revêtue d'une métallisation 6 formant le plan de masse UHF.

La sortie de l'amplificateur Fl 14 est couplée par un filtre passe-haut (C) faisant partie d'un élément d'aiguillage 16, à l'âme d'un câble coaxial 17 qui le réunit à l'entrée de la partie amont ou de l'unité intérieure du récepteur (non représentée). L'élément d'aiguillage 16 comporte, en outre, un filtre passe-bas (L), qui permet d'utiliser le câble coaxial 17 également pour alimenter par une tension continue (ou alternative) le circuit d'alimentation 15 de la partie amont du récepteur, qui peut être monté sur une partie inutilisée de l'un des substrats (par exemple, sur la zone 9 du substrat 5).

Les figures Sa et 5b illustrent en coupes respectivement axiale en élévation et transversale selon le plan AA de la transition entre le guide circulaire GOC et le circuit SHF en microbande 3.

L'extrémité du guide d'onde GOC aboutit à une métallisation annulaire 38 pratiquée sur la face supérieure du substrat mince 2, dont le diamètre intérieur correspond à celui du guide GOC et dont le diamètre extérieur dépasse celui du guide GOC afin de permettre la réalisation éventuelle d'un cordon de soudure 39 qui assure la liaison électrique entre le guide GOC et la masse 4 qui est amenée à l'anneau 38 au moyen d'un rivet de transfert de masse 92 entre la couche de masse 4 et l'aire métallisée 37.

L'extrémité du guide d'onde circulaire GOC est pourvue, d'une part, de prolongements en forme de languettes 11 et d'autre part, d'évidements en forme de créneaux qui servent respectivement à son raccordement électrique à une coupelle de terminaison cylindrique 12 obturée par un fond 13 (de court-circuit) et dont la paroi latérale 14 présente également des prolongements en forme de languettes 15 et des évidements en forme de créneaux. Ces languettes et créneaux sont respectivement disposées de manière alternée et régulièrement espacée sur les extrémités respectives du guide GOC et de la coupelle 12 afin que les languettes de l'un puissent s'insérer dans les créneaux de l'autre et vice versa.

A l'endroit de la transition 10, le substrat épais 5 est percé d'une ouverture circulaire 50 dont le diamètre est au moins égal au diamètre extérieur de la coupelle 12 afin que celle-ci puisse être amenée au contact avec le plan de masse 4 de la face inférieure du substrat mince 2 qui est dépourvue de métallisation sur une aire circulaire délimitée par la paroi intérieure de la coupelle 12 qui est en prolongement de celle du guide GOC. La face supérieure de ce substrat 2 est également épargnée survune zone 16 délimitée par la paroi intérieure du guide GOC de telle sorte que les ondes qui s'y propagent puissent traverser le substrat mince 2 pour atteindre la coupelle 12 afin d'être réfléchies par son fond 13.

Le substrat mince 2 est muni, à la limite de la zone 16, de fentes en forme d'arcs de cercle régulièrement espacés, de façon à permettre le passage des languettes Il et 15 respectives du guide d'onde GOC et de la coupelle 12 qui les traversent afin qu'en s'insérant dans les créneaux elles établissent une liaison galvanique entre ces deux éléments (GOC, 12).

On notera ici que ces languettes et créneaux peuvent avoir des formes autres que rectangulaires, tels que des profils triangulaires ou trapézoldaux, par exemple. Par ailleurs, la liaison galvanique entre le guide GOC et le tronçon de court-circuit déporté qu'est la coupelle 12 peut être assurée par d'autres moyens, tels que des languettes de prolongement dont les sections radiales (par un plan passant par l'axe longitudinal commun du guide GOC et de la coupelle 12) respectives sont biseautées de telle sorte que leurs interfaces forment une surface tronconique et qu'elles se recouvrent mutuellement, de préférence, de façon alternée, lorsqu'elles sont insérées dans la même fente du substrat mince 2.La métallisation 6, 60 du substrat épais 5 entourant le trou 50 servant à l'insertion de la coupelle 12, peut être également réunie au pourtour de la paroi latérale 14 de celle-ci par un autre cordon de soudure 61.

On remarquera ici que le contact galvanique entre le guide d'onde (GOC) et la coupelle 12 assuré ici au moyen de languettes traversant des fentes dans le substrat mince 2, peut être remplacé par un court-circuit hyperfréquence par exemple, en choisissant la largeur de la métallisation annulaire 38 ou celle d'une collerette conductrice (non représentée) en saillie radiale à l'extrémité du guide (GOC) fixée à la face supérieure du substrat mince 2 de telle sorte qu'elle constitue un court-circuit sans contact galvanique pour la bande de fréquences SHF à recevoir.

Le couplage entre le guide GOC et la face active du circuit en microbande SHF 3 est effectué au moyen d'un revêtement métallique 17 qui pénètre à l'intérieur de la zone 16 par une ouverture en forme de tunnel 18 (échancrure en demi-cercle) pour constituer une sonde. La sonde 17 est, de préférence, constituée par une métallisation de la face supérieure du substrat mince 2 en forme de secteur de cercle (ou quasi-triangulaire) dont l'angle d'ouverture influe sur la largeur de bande dans laquelle la transition 10 est adaptée. Cette sonde 17 présente une forme analogue à une section axiale dune "carotte". Son extrémité périphérique est reliée par un tronçon de microbande 19 à la grille G d'un premier transistor à effet de champ et à grille à barrière de Schottky (MESFET) en arséniure de gallium (non représenté) et à un tronçon d'adaptation d'impédance 28 de longueur d'un quart d'onde.

ta distance entre les plans de la sonde 17 et du court-circuit constitué par le fond 13 de la coupelle est d'une demi-longueur d'onde environ, un calcul classique permettant d'optimiser l'adaptation dans la bande de largeur désirée, en tenant compte du déphasage subi par l'onde en traversant l'épaisseur du substrat mince 2 dont la permittivité relative est toujours supérieure à celle de l'air.

Le drain D du premier transistor MESFET est relié à un tronçon de ligne de quart d'onde 33A d'impédance déterminée, d'une part, et par une ligne de haute impédance 32A (étroite, équivalente à une bobine de choc) à une première surface en demi cercle 35 dont le rayon est d'un quart d'onde environ et ensuite par un autre tronçon étroit 32B à une seconde surface 36 semi-circulaire dont le rayon est d'une demi longueur d'onde environ. Cette seconde surface 36 est reliée par un troisième tronçon étroit 32C à l'armature chaude de la capacité de découplage 31 (voir figure 3) qui est reliée par le rivet de traversée, notamment, à la source de tension d'alimentation du drain (+ VDD), la tension de polarisation régulée de la grille G étant appliquée à celle-ci au moyen d'un circuit de découplage analogue.La source et le boîtier du transistor MESFET sont reliés au plan de masse SHF 4 au moyen de deux petites surfaces métallisées de forme rectangulaire S, B.

La ligne résonante 33A est couplée à une ligne parallèle de longueur comparable 33B dont l'extrémité éloignée du drain du premier transistor est reliée à la grille du second (ces deux lignes parallèles couplées étant séparées par une mince fente dont la largeur détermine le couplage et, par conséquent, la bande passante du filtre passe-bande qu'elles forment ensemble).

En résumé, la transition guide-microbande (10) qui permet le couplage entre le cornet d'antenne (COR) et la partie amont du récepteur réalisée sur l'ensemble de circuits en microbande (1), incorpore une partie du substrat mince (2) disposé normalement à l'axe longitudinal du guide d'onde (GOC) qui aboutit sur une métallisation annulaire (38) de l'une des faces de ce substrat (2) et dont un prolongement (12) terminé par un court-circuit (13) aboutit sur une métallisation (4) de l'autre face de ce dernier (2), les zones (16) des deux faces du substrat mince (2) délimitées par les parois internes des deux tronçons de guide (GOC, 14) sont dépourvues de métallisation à l'exception d'un secteur de cercle allongé formant sonde (17), afin de permettre la transmission des ondes à travers le substrat jusqu'au court-circuit (13).

Rien n'empêche l'inversion du substrat composé (2-5) par rapport à l'ensemble guide (GOC) - prolongement obturé (12). Dans ce cas, la sonde (17) qui est située sur la face active du substrat mince (2) serait tournée vers la terminaison en court-circuit (13) du prolongement (14), l'ouverture (18) ménageant son passage isolé serait alors pratiquée à un endroit de l'extrémité ouverte du prolongement.

Des dispositions analogues peuvent être prises avec un guide d'onde rectangulaire ou d'autres types de transition guide-microbande connus peuvent être utilisés, qui intéresseraient uniquement le substrat mince 2.

I1 est également possible d'utiliser une transition guide-microbande du type dans lequel la sonde qui pénètre par une extrémité à l'intérieur du guide d'onde traversera une paroi de celui-ci au milieu d'un trou circulaire dans lequel elle est maintenue centrée au moyen d'un manchon en PTFE (téflon). L'autre extrémité de la sonde est raccordée à l'entrée de l'amplificateur radio-fréquence (11, figure 4) par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation en microbande situé dans la zone SHF de la face extérieure du substrat mince (2). Dans ce cas les deux substrats superposés (2, 5) comportent des trous alignés permettant le passage du guide d'onde qui peut comporter une collerette munie de trous permettant sa fixation à l'assemblage des substrats superposés, d'une part, et sa connexion à l'un et/ou à l'autre plan de masse (4, 6), d'autre part, au moyen de rivets.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Ensemble de circuits en microbande destiné à fonctionner dans des bandes de fréquences différentes et composé d'un assemblage d'au moins deux substrats diélectriques superposés (2, 5), caractérisé en ce que ces substrats (2, 5) ont des épaisseurs et des permittivités relatives différentes qui sont respectivement choisies en fonction des longueurs d'onde des signaux que transmettent les circuits en microbande qui recouvrent l'une au moins des faces extérieures de l'assemblage.

2. Ensemble de circuits suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des substrats superposés (2) est muni sur sa face en contact avec l'autre substrat (5) d'une couche de revêtement métallique étendue formant plan de masse (4).

3. Ensemble de circuits suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un premier circuit en microbande, destiné à la bande des fréquences supérieures (de longueurs d'ondes inférieures) est réalisé sur une zone (3) de la face extérieure du substrat mince (2) à Laide de surfaces en revêtement conducteur (3, 30 à 33) de forme et de dimensions diverses, le plan de masse (4) recouvrant l'autre face de ce substrat (2).

4. Ensemble de circuits suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'un second circuit en microbande destiné à la bande des fréquences inférieures (de longueurs d'onde supérieures) est réalisé sur une autre zone (7) de face extérieure du substrat mince (2) dont l'autre face est dépourvue de métallisation dans cette zone (8) et en ce que la face extérieure du substrat épais (5) est recouverte, dans une zone correspondant à cette autre zone (7), d'une couche de revêtement métallique formant un autre plan de masse (6), de telle sorte que le substrat diélectrique du second circuit est formé par la superposition des deux substrats (2, 5).

5. Ensemble de circuits suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'un second circuit (7) en microbande destiné à la bande des fréquences inférieures est réalisé sur la face extérieure du substrat épais (5), le plan de masse (4) recouvrant la face intérieure du substrat mince (2) et mis en contact avec celle nue du substrat épais (5) étant commun aux deux circuits (3, 7).

6. Ensemble de circuits suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison entre deux aires métallisées (31, 55) respectivement situées sur les faces opposées de l'assemblage des deux substrats (2, 5) est effectuée au moyen de rivets (90) et en ce que le plan de masse (4) situé à l'interface de deux substrats (2, 5) est pourvu d'une lacune (80) circulaire sensiblement concentrique avec le rivet (90) et d'un diamètre supérieur à celui de la tige de ce dernier.

7. Ensemble de circuits suivant l'une des revendications 3, 4 et 6, caractérisé en ce que la liaison entre les deux plans de masse (4, 6) respectifs des deux circuits (3, 7) est effectuée à l'aide d'une aire de métallisation intermédiaire (43) recouvrant la face externe du substrat mince (2), cette aire (43) étant reliée d'une part, par un rivet court (92) dont une tête est introduite dans un trou (91) du substrat épais (5), au premier plan de masse (4), et d'autre part, par un rivet long (93) dont la tige traverse les deux substrats (2, 5), au second plan de masse (6).

8. Ensemble de circuits suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat mince (2) est en un composé de tissu de fibres de verre et de polytétrafluoroéthylène et le substrat épais (5) est à base d'une résine phénolique.

9. Ensemble de circuits suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'épaisseur du substrat épais (5) est sensiblement égale au quadruple de celle du substrat mince (2).

10. Application d'un ensemble de circuits suivant l'une des revendications précédentes à un récepteur de porteuses modulées dans la bande des ondes centimétriques (SHF), dont la tête hautefréquence ou partie amont constitue une unité extérieure montée sur le réflecteur (RPB) de l'antenne de réception directive (ANT) et comporte une transition guide d'onde-microbande (10) adaptée, transmettant les porteuses captées à l'entrée d'un amplificateur radio-fréquence (11), un mélangeur (12) alimenté, d'une part, par l'amplificateur radio-fréquence (11) et d'autre part, par un oscillateur local (13), pour transposer la fréquence des porteuses à une fréquence intermédiaire située dans la bande des ondes décimétriques (UHF), un amplificateur de fréquence intermédiaire (14) alimenté par la sortie du mélangeur (12) et dont la sortie attaque un câble coaxial de transmission (17), dans lequel les circuits de liaison, d'adaptation, de couplage, de filtrage et de découplage respectifs de la transition (10) et des étages en amont des deux entrées du mélangeur (12) utilisent uniquement le substrat mince (2) dont la face interne porte le revêtement conducteur formant plan de masse (4) et dans lequel ceux des étages en aval de la sortie du mélangeur (12) fonctionnant dans la bande des ondes décimétriques, utilisent soit les deux substrats superposés (2, 5) soit uniquement le substrat épais (5).

11. Application suivant la revendication 10, dans laquelle l'interface (8) entre les deux substrats (2, 5) est dépourvue de métallisation dans la zone (7) de la face extérieure du substrat mince (2) occupée par les circuits destinés à la bande des ondes décimétriques et dans lequel le plan de masse (6) pour ces circuits recouvre la face extérieure du substrat épais.

12. Application suivant l'une des revendications 10 et 11, dans laquelle une zone (16) sensiblement dépourvue de métallisation des deux côtés du substrat mince (2) est incorporée dans la transition guide-microbande (10).

13. Application suivant la revendication 12, dans laquelle une extrémité du guide d'onde (GOC) aboutit à une première surface métallisée (38) de l'une des faces du substrat mince (2) entourant la zone épargnée (16) et dans laquelle l'extrémité ouverte un tronçon de guide (14) de mêmes dimensions internes que l'autre (GOC) et terminé sur son autre extrémité par une plaque de court- circuit (13) aboutit à une seconde surface métallisée (4) de l'autre face du substrat mince (2), les deux surfaces (38, 4) étant électriquement reliées entre elles soit par des moyens conducteurs, soit par un court-circuit microonde sans contact galvanique.

14. Application suivant l'une des revendications 12 et 13, dans laquelle la face extérieure du substrat mince (2) porte dans la zone (16) délimitée par la circonférence intérieure du guide (GOC) et du tronçon (12) une métallisation de forme allongée s'étendant de la périphérie vers le centre et constituant une sonde (17) captant les ondes qui se propagent dans le guide, une extrémité de cette sonde (17) étant reliée par une bande conductrice (19) qui traverse la paroi conductrice du guide d'onde (GOC) de manière isolée par le centre d'un trou (18) en forme de tunnel, à l'entrée de l'amplificateur radio-fréquence (11).