FR2639769A1 - Element hyperfrequence de filtrage du type ligne a coupure d'ame - Google Patents

Abstract

Cet élément hyperfréquence de filtrage du type ligne à coupure d'âme comporte deux sections conductrices couplées mutuellement par au moins une paire de doigts allongés 5, 6 non jointifs, attenants à chacune des sections respectives de la ligne 1 et placés en regard l'un de l'autre de part et d'autre d'un intervalle de couplage, ces doigts étant formés, avec la ligne, sur un substrat commun 2 et s'étendant généralement suivant la direction longitudinale de la ligne. Selon l'invention, les doigts sont formés par métallisation en technologie à couche épaisse et présentent, parallèlement au plan du substrat, des surfaces en recouvrement séparées par une épaisseur de diélectrique 8 et s'étendant longitudinalement sur une longueur d'environ un quart d'onde.

Description

Elément hypeéquenoe de filtrage du type ligne à coupure d'âme
La présente invention concerne un élément hyperfréquence de filtrage du type ligne à coupure d'âme.

Les éléments de ce type sont utilisés comme filtres passe-bande, principalement pour bloquer une composante continue de courant dans les dispositifs à ligne de transmission microbmde, ou encore pour bloquer les signaux parasites résultant de signaux de commande à front très raide, afin de ne pas perturber les circuits se trouvant en amont et en aval.

Un tel élément a notamment été décrit dans un article de David
Lacombe et Jerome Cohen intitulé Octace-Band .lficrostrip DC Blocks et publié dans IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques d'août 1972, aux pages 555 et 556.

L'élément décrit dans cet article comporte, comme illustré figure 1, deux sections conductrices 1 formées sur une face d'un substrat commun 2, dont l'autre face comporte une métallisation 3 formant le retour de masse.

Les deux sections 1 sont couplées mutuellement en 4 par au moins une paire de doigts allongés non jointifs 5 et 6, de longueur égale à un quart d'onde de la fréquence centrale de fonctionnement de la ligne.

Ces doigts sont attenants à chacune des sections respectives de la ligne et s'étendent généralement suivant la direction longitudinale de la ligne de manière à se trouver placés tête-bêche et dans un même plan, en laissant subsister entre eux un intervalle de couplage 7 (la "coupure d'âme").

Ils sont formés, en même temps que la ligne, sur le substrat commun 2 au moment du dépôt des métallisations.

Un tel élément représente une alternative particulièrement avantageuse à la technique classique à base éléments rapportés de filtrage tels que les condensateurs en micropavé ou à micropoutres (technologies dites microchip et beam lead).

En effet, il permet de réaliser la cellule de fitrage en même temps que la métallisation de la ligne proprement dite, donc sans étape de processus supplémentaire et surtout sans aucun composant additionnel, tandis que le fait de devoir rapporter des éléments de filtrage extérieurs augmente le coût et les sources de parasites et diminue la fiabilité d'ensemble de la ligne (risque de soudures défectueuses, sensibilité aux cycles thermiques répétés,etc.

En revanche, la réalisation d'une coupure d'âme à toujours requis jusqu'à présent des précisions de réalisation extrêmes (la largeur typique de l'intervalle entre les doigts est de 0,15 llm), de sorte que la réalisation de la ligne n'est compatible qu'avec une métallisation du substrat par dépôt sous vide d'une couche mince puis gravure ionique ou analogue.

Une telle technologie est complexe à mettre en oeuvre et accroît donc le coût de réalisation de la ligne.

En outre, la largeur de bande permise par ce dispositif est relativement limitée, typiquement de l'ordre d'une octave, du fait des limites pratiques de largeur de l'intervalle entre les doigts.

Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose une nouvelle structure de ligne à coupure d'âme du type précité, c'est à dire comportant deux sections conductrices couplées mutuellement par au moins une paire de doigts allongés non jointifs, attenants à chacune des sections respectives de la ligne et placés en regard l'un de l'autre de part et d'autre d'un intervalle de couplage, ces doigts étant formés, avec la ligne, sur un substrat commun et s'étendant généralement suivant la direction longitudinale de la ligne.

Selon l'invention, les doigts sont formés par métallisation en technologie à couche épaisse et présentent, parallèlement au plan du substrat, des surfaces en recouvrement séparées par une épaisseur de diélectrique et s'étendant longitudinalement sur une longueur d'environ un quart d'onde.

Très avantageusement, les doigts sont décalés en direction transversale l'un par rapport à l'autre, la largeur des surfaces en recoutrement des doigts étant comprise entre 30 et 70 % de la largeur totale de chacun des doigts, de préférence entre 40 et 60 % de la largeur de chacun des doigts.

La largeur des doigts est avantageusement comprise entre 25 et 40 iG de la largeur de la ligne à l'endroit où elle se relie au doigt.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1, précitée, montre une ligne à coupure d'âme en couche
mince, selon la technique antérieure,
- la figure 2 montre la ligne à coupure d'âme proposée par la présente
invention,
-- lafigure 3 est une vue en coupe de la ligne de la figure 2, prise au
niveau de la coupure d'âme, et
- la figure 4 est une courbe donnant, en fonction de la fréquence, les
coefficients calculés et mesurés de réflexion et de transmission de la
ligne à coupure d'âme de la figure 2.

Sur la figure 2, la référence 1 désigne la ligne de transmission, qui est du type microruban bien connu dans la technique, et dont la largeur L est, de manière en elle-même également connue, déterminée en fonction de l'épaisseur du substrat 2, de la constante diélectrique de celui-ci ainsi que de la fréquence centrale de fonctionnement désirée. Le plan de masse 3, réalisé sur l'autre face du substrat 2, joue le rôle de conducteur de retour de la ligne.

La coupure d'âme résulte d'une discontinuité 4, où les deux tronçons de la ligne 1 ainsi définis sont couplés mutuellement au moyen de doigts 5 et 6 qui les prolongent.

Ces doigts sont au nombre d'au moins deux (une paire), comme dans l'exemple représenté, mais on pourrait aussi bien prévoir une interdigitation plus complexe, avec une pluralité de paires de doigts configurés de la même manière
Chaque doigt a une longueur égale à un quart d'onde de la fréquence centrale de fonctionnemer > t prévue de la ligne, et sa largeur est réduite par rapport à celle de la section de ligne attenante, la valeur optimale I étant de l'ordre d'un tiers de la largeur L de la ligne à l'endroit du raccordement.

A la différence de la coupure d'âme de l'art antérieur, illustré figure 1, dans l'invention les doigts 5 et 6 se recouvrent partiellement de manière à présenter des surfaces en regard, une feuille de diélectrique 8 étant interposée entre ces surfaces en regard afin de maintenir l'isolement entre les doigts.

La zone de couplage 4 présente donc une structure sur plusieurs niveaux superposés, qui,comme on peut mieux le voir sur la coupe de la figure 3, comporte successivement, de bas en haut
- le substrat 3,
- le doigt inférieur 5 et son tronçon de ligne attenante,
- le diélectrique intercalaire 8, et
- le doigt supérieur 6 et son tronçon de ligne attenant.

Comme on l'a indiqué, les doigts 5 et 6 présentent, vus en plan, un recouvrement partiel.

Un tel recouvrement est indispensable car, s'il n'y a pas de recouvrement, le couplage entre les doigts sera trop faible compte tenu de l'épaisseur relativement importante de la couche diélectrique.

D'autre part, il est indispensable que ce recouvrement soit partiel car un recouvrement total n'assurerait pas un fonctionnement satisfaisant de la cellule de filtrage.

La valeur optimale du recouvrement des doigts constatée expérimentalement est de l'ordre de 50s.

On va maintenant indiquer la manière dont cette ligne à coupure d'âme est réalisée ; les dimensions (épaisseurs, ...) et les matériaux utilisés ne sont donnés ci-dessous qu'à titre d'illustration et n'ont aucun caractère limitatif.

La première étape consiste à déposer la première section de ligne 1 et son doigt 5 (doigt inférieur) sur le substrat diélectrique 2. Ce dépôt peut être exécuté par sérigraphie, selon une technique classique et aisée à mettre en oeuvre.

Pour le substrat, on peut utiliser l'alumine, la silice fondue, l'oxyde de béryllium ou le corindon, en fonction des différentes contraintes diélectriques, mécaniques, ... requises par la ligne.

Les métallisations peuvent être réalisées à partir d'encres de type classique à l'or, ou d'encres d'un alliage or-platine.

On procède ensuite- au séchage et à la cuisson de la première couche conductrice ainsi déposée, dont l'épaisseur finale sera de l'ordre de 12 llm environ.

On procède ensuite au dépôt de la couche diélectrique 8 à l'endroit des sections couplées de la ligne ; de préférence, cette couche est déposée sous forme de deux feuilles successives (pour éviter les défauts dûs aux inhomogénéités, aux trous d'épingle,...).

Le diélectrique utilisé pour cette couche 8 est de préférence choisi avec une constante diélectrique voisine de celle du substrat.

La longueur et la largeur du diélectrique ne sont pas critiques ; on veillera simplement à ce que le diélectrique déborde légèrement la zone de couplage proprement dite, de manière à confiner les lignes de champ et éviter les effets de bords.

On sèche et on cuit ensuite cette couche diélectrique ; I'épaisseur finale est de l'ordre de 40 llm.

On dépose enfin la seconde couche conductrice formée par le doigt 6 (doigt supérieur) et le tronçon de ligne 1 attenant, dans les mêmes conditions que pour le premier conducteur.

On notera que l'encre utilisée pour ce second conducteur peut être une.

encre différente de celle utilisée pour le premier : en effet, comme les métallisations des doigts 5 et 6 ne sont pas déposées sur un même diélectrique (le doigt 5 est déposé sur le substrat 2, tandis que le doigt 6 est déposé sur la couche isolante 8, de nature généralement différente), il peut être souhaitable de prévoir des encres différentes dont la composition respective est adaptée aux substrats considérés pour obtenir l'adhérence optimale et une définition convenable sur celui-ci.

La figure- 4 montre les performances d'une ligne à coupure d'âme ainsi réalisée.

On a porté sur cette figure, en fonction de la fréquence, les valeurs mesurées S21 du coefficient de transmission et S11 du coefficient de réflexion, ainsi que les valeurs correspondantes S'21 et S'il initialement obtenues par le calcul, et représentées en tiretés.

Comme on peut le voir, si l'on inclut les perturbations introduites par les organes de test, les performances mesurées correspondent sensiblement aux performances calculées.

En particulier, la largeur de bande à -3 dB est de l'ordre de deux octaves et demie, donc très nettement supérieure à celle des lignes à coupure d'âme de l'art antérieur.

Claims (4)

REVEDICATIONS

1. Un élément hyperfréquence de filtrage du type ligne à coupure d'âme, comportant deux sections conductrices couplées mutuellement par au moins une paire de doigts allongés (5,6) non jointifs, attenants à chacune des sections respectives de la ligne (1) et placés en regard l'un de l'autre de part et d'autre d'un intervalle de couplage, ces doigts étant formés, avec la ligne, sur un substrat commun (2) et s'étendant généralement suivant la direction longitudinale de la ligne,

caractérisé en ce que ces doigts sont formés par métallisation en technologie à couche épaisse et présentent, parallèlement au plan du substrat, des surfaces en recouvrement séparées par une épaisseur de diélectrique (8) et s'étendant longitudinalement sur une longueur d'environ un quart d'onde.

2. L élément hyperfréquence de la revendication 1, dans lequel les doigts sont décalés en direction transversale l'un par rapport à l'autre, la largeur des surfaces en recouvrement des doigts étant comprise entre 30 et 70 % de la largeur totale (1) de chacun des doigts.

3. L'élément hyperfréquence de la revendication 2, dans lequel la largeur des surfaces en recouvrement des doigts est comprise entre 40 et 60 % de la largeur totale de chacun des doigts.

4. L'élément hyperfréquence de l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la largeur des doigts (l) est comprise entre 25 et 40 % de la largeur de la ligne (L) à l'endroit où elle se relie au doigt.