FR2662308A1 - Device for transition between two UHF lines produced in planar technology - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif de transition entre deux lignes de transmission d'un signal d'entrée hyperfréquence de longueur d'onde À réalisées en technologie planaire sur un substrat isolant. The present invention relates to a device for transition between two transmission lines of a microwave input signal of wavelength λ produced in planar technology on an insulating substrate.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des télécommunications mettant en oeuvre des ondes hyperfréquence, et notamment dans la réalisation de sous-ensembles fonctionnant dans la gamme de fréquence de 26,5 à 40 GHz. The invention finds a particularly advantageous application in the field of telecommunications using microwave waves, and in particular in the production of sub-assemblies operating in the frequency range from 26.5 to 40 GHz.
Parmi ces sous-ensembles, on peut citer, par exemple, les mélangeurs qui permettent d'obtenir, à partir d'un signal dont la fréquence serait de 35 GHz environ, un signal de fréquence intermédiaire de 1 ou 2 GHz, beaucoup plus facile à traiter sur le plan électronique. De tels dispositifs utilisent, de manière connue, des transitions comportant, sur une première face du substrat isolant, généralement en matériau synthétique (durold par exemple), une ligne coplanaire qui débouche sur une ligne de sortie, constituée par une ligne du type à fente. Dans la suite de ce mémoire, on entendra par ligne du type à fente, les lignes à fente proprement dites et également les lignes à ailette formées d'une ligne à fente enfermée dans un guide d'onde.Cette ligne de sortie est destinée, par exemple, à recevoir l'élément non linéaire nécessaire au mélange entre le signal radiofréquence et celui de l'oscillateur local. Ladite ligne du type à fente qui peut être disposée perpendiculairement à la ligne coplanaire, comprend deux branches s'étendant de part et d'autre par rapport à l'axe de la ligne centrale. En outre, des moyens de masse, notamment des plans métallisés latéraux, situés également sur la même première face du substrat, sont associés à l'une et l'autre des branches de la ligne de sortie en tant que points chaud ou froid. Among these sub-assemblies, mention may be made, for example, of mixers which make it possible, from a signal whose frequency would be approximately 35 GHz, to obtain an intermediate frequency signal of 1 or 2 GHz, which is much easier. to be processed electronically. Such devices use, in known manner, transitions comprising, on a first face of the insulating substrate, generally made of synthetic material (durold for example), a coplanar line which leads to an output line, constituted by a line of the slit type . In the remainder of this specification, the term “slit type line” will mean the slit lines proper and also the fin lines formed by a slit line enclosed in a waveguide. This output line is intended, for example, to receive the nonlinear element necessary for mixing between the radiofrequency signal and that of the local oscillator. Said slit type line which can be arranged perpendicular to the coplanar line, comprises two branches extending on either side relative to the axis of the central line. In addition, ground means, in particular lateral metallized planes, also located on the same first face of the substrate, are associated with one and the other of the branches of the output line as hot or cold spots.
Ces dispositifs de transition présentent toutefois l'inconvénient de ne pas offrir un couplage parfait et une transmission maximum d'une ligne à l'autre du fait du partage de la ligne de sortie en deux branches et des discontinuités de masse toujours possibles avec ce type de dispositif. These transition devices however have the drawback of not offering perfect coupling and maximum transmission from one line to another due to the division of the output line into two branches and mass discontinuities always possible with this type. of device.
Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un dispositif de transition entre deux lignes de transmission d'un signal hyperfréquence de longueur d'onde A, réalisées en technologie planaire sur un substrat isolant, comportant, sur une première face dudit substrat, d'une part, une ligne coplanaire comprenant une ligne centrale et deux moyens de masse, et, d'autre part, une ligne de sortie du type à fente, disposée perpendiculairement à ladite ligne coplanaire et comprenant deux branches s'étendant de part et d'autre par rapport à l'axe de la ligne centrale, les deux moyens de masse servant de point chaud ou de point froid à l'une et l'autre branche de la ligne de sortie, le point commun aux deux branches étant constitué par un plan métallique sur lequel débouche la ligne centrale, dispositif grâce auquel on pourrait obtenir un excellent couplage entre les lignes et une transmission élevée. Also, the technical problem to be solved by the object of the present invention is to propose a device for transition between two transmission lines of a microwave signal of wavelength A, produced in planar technology on an insulating substrate, comprising, on a first face of said substrate, on the one hand, a coplanar line comprising a central line and two ground means, and, on the other hand, an outlet line of the slit type, arranged perpendicular to said coplanar line and comprising two branches extending on either side with respect to the axis of the central line, the two ground means serving as hot spots or cold spots for both branches of the outlet line, the point common to the two branches being constituted by a metallic plane on which opens the central line, device thanks to which one could obtain an excellent coupling between the lines and a high transmission.
La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que l'un desdits moyens de masse est refermé autour de la branche correspondante de la ligne de sortie de façon à ce que la longueur de ladite branche soit égale au quart de la longueur d'onde À
Ainsi, la branche de longueur À / 4, terminée par un court-circuit, joue le rôle d'inverseur d'impédance, ce qui se traduit ici par le fait que cette branche présente une impédance infinie et se comporte donc comme un circuit ouvert vis-à-vis du signal appliqué à la ligne d'entrée. Par conséquent, toute l'énergie est transmise dans l'autre branche de la ligne de sortie, réalisant de la sorte un couplage optimum au niveau de la transition entre les lignes d'entrée et de sortie.The solution to the technical problem posed consists, according to the present invention, in that one of said ground means is closed around the corresponding branch of the outlet line so that the length of said branch is equal to a quarter of the wavelength AT
Thus, the branch of length A / 4, terminated by a short circuit, plays the role of impedance reverser, which is reflected here by the fact that this branch has an infinite impedance and therefore behaves like an open circuit vis-à-vis the signal applied to the input line. Consequently, all the energy is transmitted to the other branch of the output line, thereby achieving optimum coupling at the transition between the input and output lines.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, ledit signal d'entrée hyperfréquence est appliqué directement à ladite ligne coplanaire formant ligne d'entrée, lesdits moyens de masse étant deux plans métallisés latéraux, disposés de part et d'autre de la ligne centrale. In a first embodiment of the invention, said microwave input signal is applied directly to said coplanar line forming an input line, said ground means being two lateral metallized planes, arranged on either side of the line central.
Ce mode de réalisation présente l'avantage d'être unilatéral en ce sens que toutes les lignes et tous les moyens de masse sont situés sur la même face du substrat. Outre le fait d'être plus aisée à mettre en oeuvre technologiquement, cette disposition permet également d'éviter les discontinuités de masse et donc d'augmenter encore la transmission lorsque, selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les deux plans métallisés latéraux sont reliés par une pluralité de fils de masse passant au-dessus de ladite première ligne d'entrée.This embodiment has the advantage of being unilateral in the sense that all the lines and all the ground means are located on the same face of the substrate. In addition to being easier to implement technologically, this arrangement also makes it possible to avoid mass discontinuities and therefore to further increase the transmission when, according to an advantageous characteristic of the invention, the two lateral metallized planes are connected by a plurality of ground wires passing over said first input line.
Selon un deuxième mode de réalisation bilatéral de l'invention, ledit signal d'entrée hyperfréquence est appliqué à une ligne d'entrée composée d'une ligne microruban se prolongeant en la ligne centrale de la ligne coplanaire, et d'un plan métallisé de masse disposé sur une deuxième face du substrat isolant, lesdits moyens de masse étant deux lignes de masse, associées à ladite ligne centrale, respectivement parallèles auxdites branches de la ligne de sortie et reliées chacune par des moyens conducteurs au plan métallisé, lequel est limité par un bord situé à l'aplomb desdites lignes de masse. According to a second bilateral embodiment of the invention, said microwave input signal is applied to an input line composed of a microstrip line extending into the central line of the coplanar line, and of a metallized plane of ground disposed on a second face of the insulating substrate, said ground means being two ground lines, associated with said central line, respectively parallel to said branches of the output line and each connected by conductive means to the metallized plane, which is limited by an edge located directly above said ground lines.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. The description which follows with reference to the appended drawings, given by way of nonlimiting examples, will make it clear what the invention consists of and how it can be implemented.
La figure 1 est une vue de dessus d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de transition selon l'invention. Figure 1 is a top view of a first embodiment of a transition device according to the invention.
La figure 2 est une vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de transition selon l'invention. Figure 2 is a top view of a second embodiment of a transition device according to the invention.
La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne I-I du dispositif de transition de la figure 2. FIG. 3 is a sectional view along line I-I of the transition device of FIG. 2.
La figure 1 montre, en vue de dessus, un premier mode de réalisation d'un dispositif de transition entre deux lignes 10, 20 de transmission d'un signal hyperfréquence de longueur d'onde À. Ces lignes sont réalisées selon la technologie planaire qui consiste à déposer des couches métalliques, de cuivre par exemple, sur un substrat 30 isolant. Figure 1 shows, in top view, a first embodiment of a transition device between two lines 10, 20 for transmitting a microwave signal wavelength λ. These lines are produced according to planar technology which consists of depositing metallic layers, of copper for example, on an insulating substrate.
Parmi les matériaux, le plus souvent utilisés, on peut citer le froid qui offre l'avantage d'avoir des caractéristiques électriques et mécaniques intéressantes pour un faible coût. Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 1, toutes les couches métalliques sont déposées sur une même face 31 du substrat 30, selon la technique dite unilatérale qui fait appel à un substrat gravé uniquement sur une 31 de ses faces de mise en oeuvre. Among the materials, most often used, we can cite cold, which offers the advantage of having interesting electrical and mechanical characteristics at low cost. In the embodiment illustrated in FIG. 1, all the metal layers are deposited on the same face 31 of the substrate 30, according to the so-called unilateral technique which uses a substrate etched only on one of its implementation faces 31 .
La première ligne 10 forme la ligne d'entrée à laquelle est appliqué le signal d'entrée hyperfréquence. Comme le montre la figure I, la ligne 10 d'entrée est une ligne coplanaire comprenant une ligne centrale 10 et deux moyens de masse représentés par deux plans métallisés latéraux 41, 42 disposés de part et d'autre de la ligne centrale 10. La ligne de sortie 20 est du type à fente, à fente proprement dite dans le cas de figure 1, placée sensiblement perpendiculairement à ladite ligne coplanaire et comprenant deux branches 21, 22 s'étendant de part et d'autre par rapport à l'axe 11 de la ligne centrale 10. Les deux plans métallisés 41, 42 servent de point chaud ou de point froid à l'une 21 et l'autre 22 branche de la ligne de sortie 20 à fente, le point commun aux deux branches étant constitué par un plan métallique 23. The first line 10 forms the input line to which the microwave input signal is applied. As shown in Figure I, the input line 10 is a coplanar line comprising a central line 10 and two ground means represented by two lateral metallized planes 41, 42 arranged on either side of the central line 10. The outlet line 20 is of the slit type, with the slit proper in the case of FIG. 1, placed substantially perpendicular to said coplanar line and comprising two branches 21, 22 extending on either side with respect to the axis 11 of the central line 10. The two metallized planes 41, 42 serve as hot spots or cold spots for one 21 and the other 22 branch of the slotted outlet line 20, the point common to the two branches being constituted by a metallic plane 23.
Comme on peut le voir à la figure 1, le plan métallisé latéral 41 est refermé autour de la branche 21 associée de la ligne 20 de sortie de manière que la longueur L de la branche 21 soit égale àÀ /4. Ainsi, la branche 21, vue de la ligne 10 d'entrée, se comporte comme un circuit ouvert. Le signal hyperfréquence appliqué à la ligne 10 d'entrée se propage donc avec un couplage et une transmission maximum dans la deuxième branche 22 de la ligne 20 de sortie. Le signal est recueilli en sortie dans la branche 22. As can be seen in FIG. 1, the lateral metallized plane 41 is closed around the associated branch 21 of the outlet line 20 so that the length L of the branch 21 is equal to λ / 4. Thus, the branch 21, seen from the input line 10, behaves like an open circuit. The microwave signal applied to the input line 10 therefore propagates with maximum coupling and transmission in the second branch 22 of the output line 20. The signal is collected as an output in branch 22.
De façon à diminuer encore les discontinuités de masse pouvant apparaître dans le dispositif de transition de la figure 1, il y a avantage à relier les deux plans de masse latéraux 41 et 42 par une pluralité de fils métalliques 60 de masse formant un pontage au-dessus de la ligne 10 d'entrée. De la sorte, les deux plans 41 et 42 sont exactement au même potentiel de masse. In order to further reduce the mass discontinuities which may appear in the transition device of FIG. 1, it is advantageous to connect the two lateral ground planes 41 and 42 by a plurality of metallic wires 60 of mass forming a bridging above input line 10. In this way, the two planes 41 and 42 are at exactly the same ground potential.
Le deuxième mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 2 et 3 utilise la technique dite bilatérale dans laquelle les deux faces 31, 32 du substrat 30 porte des métallisations. Cette technique est moins avantageuse que la technique unilatérale du point de vue des discontinuités de masse. Dans ce mode de réalisation, le signal d'entrée hyperfréquence est appliqué à une ligne d'entrée composée d'une ligne microruban 10', associée à un plan métallisé 12 de masse disposé sur une deuxième face 32 du substrat isolant 30 et se prolongeant en la ligne centrale 10 de la ligne coplanaire. Les moyens de masse de la ligne coplanaire sont deux lignes 51, 52 de masse respectivement parallèles aux branches 21, 22 de la ligne de sortie 20 et reliées chacune au plan métallisé 12 par des moyens conducteurs 71, 72 qui, dans l'exemple des figures 2 et- 3, sont des trous métallisés traversant le substrat 30, mais qui pourraient être également des fils conducteurs. Le plan métallisé 12 est limité par un bord 13 situé à l'aplomb desdites lignes 51, 52 de masse. The second embodiment of the invention shown in Figures 2 and 3 uses the so-called bilateral technique in which the two faces 31, 32 of the substrate 30 carries metallizations. This technique is less advantageous than the unilateral technique from the point of view of mass discontinuities. In this embodiment, the microwave input signal is applied to an input line composed of a microstrip line 10 ′, associated with a metallized plane 12 of mass disposed on a second face 32 of the insulating substrate 30 and extending in the center line 10 of the coplanar line. The ground means of the coplanar line are two ground lines 51, 52 respectively parallel to the branches 21, 22 of the outlet line 20 and each connected to the metallized plane 12 by conductive means 71, 72 which, in the example of FIGS. 2 and 3 are metallized holes passing through the substrate 30, but which could also be conductive wires. The metallized plane 12 is limited by an edge 13 situated directly above said lines 51, 52 of mass.
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