FR2928793A1 - Dispositif d'amplification de puissance spatial multi-sources - Google Patents

Abstract

Dispositif d'amplification combinant plusieurs modules amplificateurs et fonctionnant dans le domaine des hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il comprend :▪ un diviseur de puissance, ayant une entrée et au moins deux sorties, divisant un signal hyperfréquence d'entrée 1 en plusieurs signaux hyperfréquences 25.▪ des guides d'ondes de connexion 4 permettant de propager les signaux hyperfréquences 25 fournis par le diviseur de puissance 27 ;▪ au moins un élément de transition d'entrée 5 placé en sortie de chaque guide d'onde 4 de connexion permettant de recevoir le signal hyperfréquence 25 ;▪ un module amplificateur 30 connecté à chacune des transitions d'entrée 5 permettant d'amplifier le signal reçu par chacune des transitions d'entrée 5 ;▪ un élément de transition 7 de sortie en technologie planaire connecté à chacun des modules amplificateurs 30 permettant de combiner les signaux amplifiés issus des modules amplificateurs.

Description

DISPOSITIF D'AMPLIFICATION DE PUISSANCE SPATIAL MULTI-SOURCES La présente invention concerne le domaine des amplificateurs hyperfréquences à semi-conducteurs et plus particulièrement les systèmes de combinaison de puissance. Parmi les différentes techniques de combinaisons, le domaine de l'invention se situe dans les systèmes de combinaisons de puissance spatiales.

La diminution de la puissance de sortie des éléments semi-conducteurs avec l'augmentation de la fréquence de fonctionnement des dispositifs d'amplification conduit à devoir combiner plusieurs amplificateurs semi-conducteurs élémentaires pour atteindre les puissances de sortie requises par certaines applications dans le domaine des hyperfréquences.

Dans les cas où un grand nombre d'amplificateurs est nécessaire pour atteindre les niveaux de puissances désirées, l'architecture radiale est la mieux adaptée pour répondre à ce type de besoin. En revanche, si un nombre plus limité d'amplificateurs est suffisant, d'autres techniques de combinaison peuvent être plus favorables en terme de réalisation, de performance et d'encombrement.

Les systèmes de combinaison de puissance actuels basés sur des architectures à lignes ou guides d'ondes arborescents ne permettent pas de combiner efficacement des amplificateurs élémentaires dans un environnement confiné avec une interface de sortie en guide d'ondes rectangulaire apte à coopérer avec les dispositifs en aval.

Un exemple de dispositif de combinaison de puissance basé sur une 30 structure arborescente pour une application en bande Ka est présenté figure 1A. I I utilise : ^ en entrée, un diviseur de puissance 103 en technologie planaire avec des accès en ligne micro-rubans pour limiter l'encombrement ; ^ deux modules amplificateurs 101 avec des accès en ligne micro-rubans comprenant chacun un amplificateur 102 et des circuits de polarisations 107 ; ^ Un coupleur hybride 106 en technologie guide d'ondes rectangulaire pour minimiser les pertes de combinaison ^ deux transitions 105 pour passer du mode de propagation micro-ruban au mode de propagation guide d'ondes rectangulaire ; ^ des tronçons de guides d'ondes rectangulaires 100 pour connecter les modules amplificateurs 101 au coupleur hybride 106.

Dans cet exemple, afin de minimiser la longueur des lignes micro-rubans 104 en sortie du diviseur de puissance 103, il a été choisi de 15 dissymétriser la structure, en positionnant les deux modules amplificateurs 101 perpendiculairement entre eux. Cette solution a l'avantage de diminuer la longueur des lignes micro-rubans 104 en sortie du diviseur de puissance 103 afin de diminuer les pertes d'insertions du diviseur, mais présente néanmoins l'inconvénient d'être volumineuse de part la longueur des 20 tronçons des guides d'ondes rectangulaires 100 et de part la taille du coupleur hybride 106 en guide d'ondes rectangulaires.

L'utilisation de ce type de combinaison à des fréquences élevées, plus de 30 GHz par exemple, présente également d'autres inconvénients. 25 Notamment, l'appairage en phase des modules amplificateurs est délicat et les pertes de combinaison sont non négligeables à cause de l'accumulation des pertes d'insertion des nombreux éléments traversés par le signal et de l'augmentation de ces pertes avec l'élévation de la fréquence de fonctionnement. 30 Les faiblesses de cette architecture se trouvent accentuées pour un mode de réalisation combinant quatre amplificateurs.

La technique de combinaison spatiale telle que développée dans le 35 brevet US5736908 est une solution alternative. Elle se caractérise en ce que 10 le dispositif d'amplification comprend plusieurs modules amplificateurs, disposés sur des plateaux, se superposant dans un guide d'ondes rectangulaire. Le signal d'entrée généré par une seule source se répartit sur les modules amplificateurs grâce à la distribution spatiale de l'énergie du signal et se re-combine en sortie une fois amplifié suivant le même principe. Cette solution permet d'effectuer en une seule étape d'une part la combinaison des signaux et d'autre part les transitions entre les lignes en technologie planaire et l'interface de sortie en guide d'ondes rectangulaires. Grâce à ces caractéristiques, elle permet de minimiser les pertes de combinaison et l'encombrement de la structure. Toutefois, cette technique de combinaison, telle que décrite dans l'état de la technique, possède des inconvénients et limitations. En effet, le nombre de plateaux empilés dans un guide d'ondes rectangulaire et le nombre d'amplificateurs associés sur un même plateau 15 diminuent avec la réduction de la taille des guides d'ondes rectangulaires imposée par l'augmentation de la fréquence de fonctionnement.

II est ainsi difficile d'envisager de pouvoir placer plus d'un plateau dans un guide d'ondes rectangulaire normalisé WR22 en bande Q. En outre 20 dans ce cas de figure, représenté figure 1B, la largeur du guide d'ondes rectangulaire normalisé 200, 200' est beaucoup plus petite que la largeur d'un module amplificateur 101, ce dernier comprenant un amplificateur 102 et les circuits de polarisation 107 incluant les capacités de découplage et les accès de polarisation. 25 II en résulte qu'il est nécessaire d'utiliser de longues lignes de liaison en technologie planaire 201, 201' pour relier les accès des modules amplificateurs 101 aux transitions 202 du diviseur spatial excité par une seule source et aux transitions 203 du combineur spatial. Les pertes 30 importantes induites par ces lignes dans ces bandes de fréquences conduisent à atténuer l'intérêt de la combinaison spatiale de puissance pour la réduction des pertes de combinaison. Pour des fréquences de fonctionnement plus faibles que la bande Q, 35 comme par exemple en bande X ou en bande Ku, la taille des guides rectangulaires étant plus importante, plusieurs plateaux peuvent être disposés dans un guide d'ondes rectangulaire normalisé et les longueurs des lignes reliant les amplificateurs se trouvent réduites. Toutefois, dans ces bandes de fréquences, cette technique, telle que décrite dans l'état de la technique, possède encore quelques inconvénients, notamment : ^ l'entrée est en guide d'ondes rectangulaire et non en technologie planaire ; ^ les plateaux sont souvent minces afin de pouvoir en empiler plusieurs dans un guide d'ondes rectangulaire. Ceci peut conduire à une gestion 10 thermique délicate ; • les amplificateurs sont placés dans l'axe de propagation du guide d'ondes rectangulaire ce qui conduit à devoir utiliser des lignes en technologie planaire supplémentaires pour relier les amplificateurs aux transitions. Bien que les pertes des lignes en technologie planaire diminuent avec la 15 diminution de la fréquence, il est toujours intéressant de minimiser leur contribution sur les pertes de combinaison en réduisant leurs longueurs ; ^ les amplificateurs n'étant pas dans des cavités séparées, la gestion des risques d'instabilité peut s'avérer délicate ; ^ la nécessité de placer des capacités de découplage au plus prés des 20 amplificateurs pour les stabiliser est en contradiction avec le besoin de réduire la largeur des modules amplificateurs pour minimiser la longueur des lignes planaires reliant les accès des amplificateurs aux accès du diviseur et du combineur.

25 Un but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. L'invention propose un dispositif d'amplification spatial multi-sources émettant les composantes issues de la division du signal hyperfréquence d'entrée dans des guides d'ondes de connexion, les composantes étant amplifiées et combinées dans un unique guide d'ondes de sortie. 30 Avantageusement, le dispositif d'amplification combine plusieurs modules amplificateurs et fonctionnant dans le domaine des hyperfréquences. Avantageusement, le dispositif comprend : ^ un diviseur de puissance, ayant une entrée et au moins deux sorties, divisant un signal hyperfréquence d'entrée en plusieurs signaux hyperfréquences. ^ des guides d'ondes de connexion aptes à coopérer avec les sorties du diviseur de puissance, permettant de propager les signaux hyperfréquences fournis par le diviseur de puissance ; ^ au moins un élément de transition d'entrée en technologie planaire placé en sortie de chaque guide d'onde de connexion permettant de recevoir le signal hyperfréquence se propageant dans le guide d'onde de connexion ; ^ un module amplificateur connecté à chacune des transitions d'entrée permettant d'amplifier le signal reçu par chacune des transitions d'entrée et comportant au moins un amplificateur ; ^ un élément de transition de sortie en technologie planaire connecté à chacun des modules amplificateurs et apte à coopérer avec un guide d'onde de sortie commun à tous les éléments de transition de sortie permettant de combiner les signaux amplifiés issus des modules amplificateurs, ces signaux combinés formant le signal hyperfréquence de sortie.

Avantageusement, chaque module amplificateur et ses éléments de transitions d'entrée et de sortie sont sur un même plan. Avantageusement, les modules amplificateurs et leurs éléments de transitions d'entrée et de sortie sont sur des plans parallèles entre eux.

Avantageusement, les éléments de transitions sont des lignes à ailettes configurées pour assurer l'adaptation électrique entre les guides d'ondes de connexion, les modules amplificateurs et le guide d'ondes de sortie. Avantageusement, le dispositif comprend au moins deux demi- coquilles extérieures formant une partie du guide de sortie, sur lesquelles au moins un module amplificateur est en contact afin de favoriser les échanges therrniques entre les modules amplificateurs et l'extérieur du dispositif. Avantageusement, l'axe des modules amplificateurs est perpendiculaire à l'axe de propagation du signal hyperfréquence résultant des signaux combinés.

Avantageusement, l'entrée du diviseur peut être réalisé en technologie guide d'ondes métallique ou en planaire. Avantageusement, les guides d'ondes de connexion et le guide d'ondes métallique de sortie sont des guides d'ondes métalliques 5 rectangulaires ou circulaires. Avantageusement, chaque guide d'onde de connexion est équipé d'un élément de réglage de la phase du signal se propageant dans chaque guide d'onde de connexion. Avantageusement, les transitions d'entrée et de sortie associées 10 à un module amplificateur sont réalisés sur un même circuit imprimé. Avantageusement, les éléments de transitions d'entrée et de sortie associées à un module amplificateur et le diviseur de puissance sont réalisés sur un même circuit imprimé. Avantageusement, les transitions de sorties sont séparées à 15 l'intérieur du guide de sortie par une paroi métallique. Avantageusement, la paroi métallique est prolongée par un film résistif. Avantageusement, le dispositif permet de réduire les pertes en 20 combinaison et en division. Avantageusement, la structure du dispositif est compacte. Avantageusement, le dispositif dispose d'éléments de réglage de phase dans les guides d'onde de connexion afin de compenser la dispersion en phase des modules amplificateurs. 25 Avantageusement le dispositif permet de traiter des fréquences élevées dans les hyperfréquences notamment au-delà de 30 GHz.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront: à l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés qui 30 représentent : • la figure 1A : un premier dispositif d'amplification à architecture arborescente de l'art antérieur ; • la figure 1B : un second dispositif d'amplification à combinaison spatiale de puissance de l'art antérieur, avec une vue d'un seul 35 plateau ; • la figure 2 : un schéma de principe d'un dispositif d'amplification spatial multi-sources selon l'invention • la figure 3 : un dispositif d'amplification spatial multi-sources de l'invention ; • la figure 4A : une vue d'un mode de réalisation d'un élément de transition, vue face supérieure du circuit imprimé ; • la figure 4B : une vue du mode de réalisation présentée figure 4A, vue face inférieure du circuit imprimé ; • la figure 5A : une première vue d'un premier mode de réalisation du dispositif comportant deux amplificateurs, avec la demi-coquille supérieure vue en transparence ; • la figure 5B : une vue éclatée, vue de dessus, du mode de réalisation du dispositif de la figure 5A ; • la figure 5C: une vue éclatée, vue de dessous, du mode de réalisation du dispositif de la figure 5A ; • la figure 6A : une vue éclatée, vue de dessus, d'un mode de réalisation du dispositif comportant quatre amplificateurs ; • la figure 6B : une vue éclatée, vue de dessous, du mode de réalisation du dispositif de la figure 6A ; • la figure 6C: une vue, accès combineur, du mode de réalisation du dispositif de la figure 6A assemblé; • la figure 6D : une vue, accès diviseur, du mode de réalisation du dispositif de la figure 6A assemblé ; • la figure 6E : une vue en coupe de la partie division du signal du mode de réalisation du dispositif de la figure 6A assemblé ; • la figure 6F : une vue en coupe au niveau des modules amplificateurs du mode de réalisation du dispositif de la figure 6A assemblé ; • la figure 7A : une vue d'un mode de réalisation avec une paroi métallique séparant les deux éléments de transition de sortie ; • la figure 7B : une vue du mode de réalisation présentée figure 7A avec la demi-coquille supérieure ; • les figures 8A et 8B : deux vues d'un mode de réalisation où la paroi métallique séparant les deux éléments de transition de sortie est prolongée par un film résistif ; • la figure 9 : une vue d'un mode de réalisation où un film résistif est incorporé entre les deux éléments de transition de sortie ; • la figure 10A : une vue extérieure, d'un mode de réalisation du dispositif comportant deux modules amplificateurs superposés ; • la figure 10B : une vue en coupe, du mode de réalisation présenté figure 10A.

La figure 2 représente un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention comprenant quatre modules amplificateurs combinés 30. Le dispositif représenté comprend deux guides d'ondes de connexion 4 précédés par un diviseur de puissance 27. Le diviseur de puissance 27 permet de diviser un signal hyperfréquence d'entrée 1 en deux composantes 25 se propageant dans les deux guides d'ondes de connexion 4. Le diviseur de puissance 27 peut-être en technologie planaire ou par exemple en guide d'ondes métallique tel qu'un septum divider , selon la terminologie anglo-saxonne désignant un diviseur constitué d'une entrée et de deux sorties en guide rectangulaire. Généralement dans ce type de diviseur, les deux guides de sortie sont séparés à l'endroit de la division par une fine paroi (le septum , terme latin) qui peut être métallique ou résistif.

Dans un mode de réalisation, un diviseur 27 en technologie planaire est associé à deux transitions non représentées sur la figure 2, pour assurer le changement de mode de propagation du signal entre une structure planaire et un guide d'ondes de connexion 4. Dans chacun des guides d'ondes de connexion 4, deux éléments de transition d'entrée 5 en technologie planaire permettent de répartir les composantes du signal hyperfréquence d'entrée 25 dans les modules d'amplification 30 comprenant chacun au moins un amplificateur 6. Les signaux ainsi amplifiés sont alors transmis par l'intermédiaire de quatre éléments de transitions de sortie 7 en technologie planaire dans un guide d'ondes de sortie 8 permettant de recombiner le signal hyperfréquence de sortie 26.

La figure 3 représente un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention comprenant un diviseur de puissance 2 dont l'accès s'effectue par une entrée de type micro-ruban. Le diviseur de puissance 2 permet de diviser le signal hyperfréquence d'entré 1 en deux composantes pour illuminer les deux guides d'ondes de connexion 4 rectangulaires à travers les deux transitions 3, 3'. Les signaux se propagent dans les guides d'ondes rectangulaires de connexion 4 à partir des transitions de sortie 3, 3' du diviseur vers des éléments de transitions d'entrées 5 des modules amplificateurs 30. Dans ce mode de réalisation une transition 5 est placé en sortie de chaque guide d'ondes de connexion 4.

Les modules amplificateurs 30 comportent chacun un amplificateur 6, des circuits de polarisations avec des capacités de découplage 10. Les éléments de transitions de sorties 7 assurent l'adaptation électrique entre les modules amplificateurs 30 et le guide d'ondes rectangulaire 8 de sortie. Dans un mode de réalisation privilégié, l'axe des entrées et des sorties des deux modules amplificateurs 30 est perpendiculaire à l'axe de propagation du signal hyperfréquence de sortie 26. Cette disposition permet de réduire la longueur des lignes planaires reliant les modules amplificateurs 30 aux éléments de transitions de sorties 7 et aux éléments de transitions d'entrées 6 de manière à ce que la longueur des lignes soit minimale. Les pertes de combinaison et les pertes de division sont ainsi minimisées.

Dans un autre mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte des éléments de réglage de phase 15 dans les guides de connexion 4 pour contrôler la phase relative entre les signaux 25 se propageant dans les guides d'ondes de connexion 4 de manière à assurer une recombinaison en phase de ces signaux dans le guide d'onde 8 de sortie une fois amplifiés par les modules amplificateurs 30. Cette fonctionnalité permet de minimiser les pertes de combinaison en supprimant les pertes induites par un déséquilibre de phase de signaux combinés. Dans un mode de réalisation, les éléments de réglage de phase 15 peuvent être réalisés par des éléments diélectriques introduits dans les guides de connexion. Les profondeurs d'enfoncement de ces éléments diélectriques dans les guides de connexion 4 permettent alors d'agir sur les phases des signaux 25 se propageant dans les guides de connexions 4.

Dans d'autres modes de réalisation, les transitions peuvent être remplacées par un réseau de transitions et les amplificateurs peuvent être remplacés par un réseau d'amplificateurs.

Par ailleurs, les éléments de transitions peuvent être réalisés avec des lignes à ailettes ou des lignes à fentes associées à des lignes micro-rubans. Plusieurs transitions peuvent être disposées sur un même circuit imprimé de telle manière à réaliser des réseaux de transitions. Les circuits peuvent être réalisés sur des substrats organiques tel que le RO4003TM Les figures 4A et 4B représentent un mode de réalisation d'un élément de transition sur un circuit imprimé 41 entre deux demi-coquilles 44 formant un guide rectangulaire 49. Les deux demi-coquilles 44 sont vues en transparence. La figure 4A et la figure 4B montrent respectivement la face supérieure et la face inférieure du circuit imprimé 41. Les plans métalliques 43 et 48 de part et d'autre du circuit imprimé 41 sont reliés par un ensemble de trous métallisés, non représenté sur les figures 4A et 4B, permettant d'assurer la continuité électrique entre les demi- coquilles 44 et 44'. Sur la face inférieure, un rétrécissement progressif de la distance séparant les deux bords intérieurs 45 du plan métallique 48 permet de passer progressivement du mode de propagation dans le guide rectangulaire 49 au mode de propagation fente dans la fente 47. La transition entre le mode fente se propageant dans la fente 47 et le mode micro-ruban se propageant entre la ligne 42 et le plan de métallisation 48 est obtenue grâce à la ligne à fente 50 de longueur 7J4 terminée par un court-circuit et au trou métallisé 46 reliant la ligne 42 et le plan métallique 48.

Dans le mode de réalisation présenté sur les figures 4A et 4B, le circuit imprimé 41 est découpé de façon à supprimer toutes les parties du circuit imprimé conduisant à une dégradation des pertes d'insertion de l'élément de transition et inutile au respect de contraintes électriques et mécaniques des transitions. La découpe du circuit est alors effectuée entre les deux bords intérieurs 45 du plan métallique 48.35 La figure 5A représente un mode de réalisation de l'invention combinant deux amplificateurs 6. Dans ce mode de réalisation un circuit imprimé 9 est intercalé entre une demi-coquille inférieure 13 et une demi-coquille supérieure 14. La demi-coquille supérieure 14 est vue en transparence sur la figure 5A. Les demi-coquilles 13, 14 peuvent être réalisées en aluminium avec une finition or. Le circuit imprimé 9 peut être réalisé à partir d'un substrat organique tel que le R04003TM. L'assemblage des deux demi-coquilles 13, 14 et du circuit imprimé 9 forme deux guides de connexion 4 et le guide de sortie 8. Le circuit imprimé 9 comporte un diviseur de puissance 2 en micro-ruban, les transitions de sortie 3 du diviseur de puissance 2, les éléments de transitions d'entrée 5 et de sortie 7 et des plans de métallisations 31. Les plans de métallisation 31 de part et d'autre du circuit imprimé 9 sont reliés par un ensemble de trous métallisés afin d'assurer la continuité électrique entre les deux faces du circuit imprimé qui sont en contact avec les deux demi-coquilles 13, 14. Ces trous métallisés ainsi que les fils permettant de connecter les modules amplificateurs aux éléments de transitions d'entrée et de sortie planaire et aux accès de polarisation ne sont pas représentés sur cette figure ainsi que sur les figures suivantes. Les tensions de polarisation des amplificateurs 6 sont transmises par des accès de polarisation 11 et découplés par des capacités de découplage 10. Deux éléments de réglages de phases 15 permettent de contrôler les phases des signaux combinés dans le guide de sortie 8. Les amplificateurs et les capacités de découplages sont reportés sur un élément à forte conductivité thermique 32, ils forment le module amplificateur 30 pour ce mode de réalisation. Dans un autre mode de réalisation, le module amplificateur 30 est constitué uniquement de l'amplificateur. Les modules amplificateurs 30 sont alors placés directement en contact avec le corps du dispositif d'amplification, le corps du dispositif comprenant la demi-coquille inférieure 13. Cette disposition présente l'avantage de favoriser les échanges thermiques entre les modules amplificateurs 30 et l'extérieur du dispositif.

La figure 5B est une vue éclatée de dessus du mode de réalisation de l'invention présenté figure 5A avec le circuit imprimé 9, la demi-coquille supérieure 14 équipée des éléments de réglages de phase 15 et la demi-coquille inférieure équipée des modules amplificateurs 30 et des accès de polarisation 11. Cette figure montre la simplicité d'assemblage de ce mode de réalisation de l'invention grâce à un empilement des demi-coquilles 14, 15 et du circuit 9 et à la réalisation sur un seul circuit imprimé 9 du diviseur de puissance 2 et des éléments de transition d'entrée 5 et de sortie 7 .

La figure 5C est une vue éclatée de dessous du mode de réalisation de l'invention présenté figure 5A. Elle représente les accès de polarisation 11 orientés vers l'extérieur de la demi-coquille inférieure 13, ainsi que le plan métallique inférieur 33 du circuit 9 et les cavités 32 de la demi-coquille supérieure 14 nécessaires pour accueillir les modules amplificateurs 30 et les accès de polarisation 11.

La figure 6A et la figure 6B représentent deux vues éclatées d'un mode de réalisation de l'invention combinant quatre amplificateurs, respectivement une vue de dessus et une vue de dessous,. Dans ce mode de réalisation trois circuits 22, 23, 23' deux demi-coquilles 20, 20' et deux grilles 21, 21' sont empilés. L'assemblage de ces éléments forme deux guides de connexion et le guide de sortie. Sur les figures 6A et 6B, une demi-coquille 20', un circuit 23' et une grille 21' sont assemblés et les deux demi-coquilles 20, 20' sont équipées des modules amplificateurs 30 et des accès de polarisation 11. Les demi-coquilles 20, 20' et les grilles 21, 21' peuvent être réalisées en aluminium avec une finition or. Les circuits 22, 23, 23' peuvent être réalisés à partir d'un substrat tel que le RO4003TM. Le circuit 22 comporte un diviseur de puissance 2 en microruban, les transitions de sortie du diviseur de puissance 3 et des plans de métallisation 34, 35. Les circuits 23, 2:3' comportent les éléments de transitions d'entrée 5 et de sortie 7 et des plans de métallisation 36, 37. Les plans de métallisation de part et d'autre d'un circuit sont reliés par un ensemble de trous métallisés afin d'assurer la continuité électrique entre les deux faces d'un circuit en contact avec les demi-coquilles ou les grilles. Les tensions de polarisation des amplificateurs 6 sont transmises par des accès de polarisation 11 et découplées par des capacités de découplage 10.

Dans une variante de réalisation, des éléments de réglages de phases peuvent être rajoutés pour contrôler les phases des signaux combinés dans le guide de sortie. Dans une autre variante de réalisation, les amplificateurs et les capacités de découplages sont reportés sur un élément à forte conductivité therrnique 32, ces éléments formant le module amplificateur pour ce mode de réalisation. Dans une autre variante de réalisation le module amplificateur peut être constitué seulement d'un amplificateur. Les modules amplificateurs 30 sont placés directement en contact avec le corps du dispositif d'amplification, constitué par les demi-coquilles 20, 20', afin de favoriser les échanges therrniques entre les modules amplificateurs 30 et l'extérieur du dispositif.

La figure 6C et la figure 6D représentent deux vues du mode de réalisation de l'invention assemblé des modes des figures 6A et 6B. La figure 6C représente une vue du côté où se situe le guide de sortie 8 avec les éléments de transition de sortie 7. La figure 6D représente une vue du côté où se situe le diviseur de puissance 2. Ces représentations 6C et 6D montrent les trois circuits 22, 23, 23' les deux grilles 21, 21' et les deux demi- coquilles 20, 20' assemblés avec les accès de polarisation 11.

La figure 6E représente une vue en coupe du mode de réalisation de l'invention présentée figures 6C et 6D au niveau du diviseur de puissance 2. Elle représente le diviseur de puissance 2 suivi en sortie par les deux transitions 3 qui permettent d'assurer l'illumination des guides de connexion 4 par les composantes du signal hyperfréquence d'entrée divisé.

La figure 6F représente une vue en coupe du mode de réalisation de l'invention présentée figures 6C et 6D au niveau des modules amplificateurs.

Dans chacun des guides d'ondes de connexion 4, cieux éléments de transition d'entrée en technologie planaire 6 permettent de répartir les composantes du signal hyperfréquence d'entrée dans les modules d'amplification 30. Les signaux ainsi amplifiés sont alors transmis par l'intermédiaire de quatre éléments de transitions de sortie en technologie planaire 7 dans un guide d'ondes de sortie 8 permettant de re-combiner le signal hyperfréquence de sortie. Chaque module amplificateur 30 et ses éléments de transitions d'entrée 5 et de sortie 7 en technologie planaire associés sont placé sur un même plan. Les modules amplificateurs 30 sont répartis sur deux plans parallèles, chaque plan comportant deux modules amplificateurs 30. Dans un mode de réalisation, les éléments de transitions 5 et 7 sont des lignes à ailettes configurées pour assurer l'adaptation électrique entre les guides d'ondes de connexion 4, les modules amplificateurs 30 et le guide d'ondes de sortie 8. L'axe des modules amplificateurs 30 est perpendiculaire à l'axe de propagation du signal hyperfréquence résultant des signaux combinés. Les modules amplificateurs 30 sont placés directement en contact avec le corps du dispositif d'amplification afin de favoriser les échanges thermiques entre les modules amplificateurs et l'extérieur du dispositif grâce à une disposition des amplificateurs en vis à vis. Les modules amplificateurs 30 peuvent être isolés dans des cavités séparées grâce aux plans de métallisation du circuit 22.

Les figures 7A et 7B présentent un autre mode de réalisation de l'invention avec des vues du guide de sortie avec et sans la demi- coquille supérieure. Le dispositif selon l'invention comprend dans ce mode de réalisation des éléments 38 formant une paroi métallique de séparation séparant les deux éléments de transition de sortie 7 du guide d'ondes de sortie 8.

Dans un autre mode de réalisation, la paroi métallique peut être prolongée par une surface résistive afin d'améliorer l'isolation entre les voies amplificatrices combinées. Dans le mode de réalisation présenté sur les figure 8A et 8B, le film résistif 39 est reporté sur un circuit 51. La demi-coquille supérieure n'est pas représentée sur ces figures. Un circuit 40 de taille identique à celui du circuit 51 sans film résistif est placé en contact avec le circuit 51 afin de symétriser la structure. Les circuits 50 et 51 peuvent être réalisés par exemple en alumine ou en AIN.

Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 9, la surface résistive est directement incorporée dans la paroi séparant les éléments de transitions 7.

Les figures 10A et 10B représentent un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention combinant deux modules amplificateurs superposés. La figure 10A et la figure 10B sont respectivement une vue extérieure et une vue en coupe de ce mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, trois circuits 56, 56', 57, deux demi-coquilles 58, 58' et deux grilles 59, 59' sont empilés. L'assemblage de ces éléments forme deux guides de connexion 4, le guide de sortie 8 et un guide d'entrée 55. Les deux guides de connexion sont séparés par des plans de métallisation 53 de part et d'autre du substrat 57. Le circuit 57 comprend également une transition 54 permettant d'assurer l'adaptation entre l'accès microruban du dispositif et le guide d'entrée 55. Les circuits 56, 56' comportent les éléments de transitions d'entrée 5 et les éléments de transitions de sorties 7, les accès de polarisation 11 des modules amplificateurs 30 et des éléments de transitions à ligne à ailettes 52. Le diviseur de puissance 27 est réalisé par l'intermédiaire des deux transitions à ligne à ailettes 52 permettant de capter le signal se propageant dans le guide rectangulaire d'entrée 55 et d'illuminer les deux guides de connexions 4 superposés. Deux éléments de réglages de phases 15 permettent de contrôler indépendamment les phases des signaux combinés dans le guide de sortie 8.

Ce dernier mode de réalisation peut-être également implémenté dans le mode de réalisation des figures 6A, 6B, 6C, 6D, 6E et 6F afin de pouvoir contrôler individuellement la phase des signaux se propageant dans les quatre guides de connexions.

La solution proposée dans la présente description permet de combiner deux à quatre modules amplificateurs et voir plus suivant la fréquence de fonctionnement avec : • de très faibles pertes d'insertion du combineur pour ne pas dégrader le rendement en puissance ajoutée du dispositif ; • une sortie en guide d'ondes rectangulaire pour être directement compatible avec l'interface des circuits placés en aval ; • une entrée en technologie planaire permettant une meilleur compatibilité avec les circuits placés en amont ; • un espace suffisant autour des amplificateurs pour pouvoir placer les capacités de découplage nécessaires à la stabilité électrique de l'amplificateur ; • un dispositif permettant facilement de compenser la dispersion de phase de deux modules amplificateurs pour minimiser les pertes de 10 combinaison ; • une très bonne gestion thermique pour respecter les contraintes spatiales sur les températures de jonction des semi-conducteurs ; • un encombrement réduit pour minimiser le poids de l'équipement ; • la possibilité de placer les amplificateurs dans des cavités séparées pour 15 éviter les problèmes de résonances et de couplage ; • de faibles pertes de division ; • une facilité d'assemblage permettant d'offrir une solution à bas coûts.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'amplification combinant plusieurs modules amplificateurs et fonctionnant dans le domaine des hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il comprend : ^ un diviseur de puissance (27), ayant une entrée et au moins deux sorties, divisant un signal hyperfréquence d'entrée (1) en plusieurs signaux hyperfréquences (25). ^ des guides d'ondes de connexion (4) aptes à coopérer avec les sorties du diviseur de puissance (27), permettant de propager les signaux hyperfréquences (25) fournis par le diviseur de puissance (27) ; ^ au moins un élément de transition d'entrée (5) en technologie planaire placé en sortie de chaque guide d'onde (4) de connexion permettant de recevoir le signal hyperfréquence (25) se propageant dans le guide d'onde de connexion (4) ; ^ un module amplificateur (30) connecté à chacune des transitions d'entrée (5) permettant d'amplifier le signal reçu par chacune des transitions d'entrée (5) et comportant au moins un amplificateur (6) ^ un élément de transition (7) de sortie en technologie planaire connecté à chacun des modules amplificateurs (30) et apte à coopérer avec un guide d'onde de sortie (8) commun à tous les éléments de transition (7) de sortie permettant de combiner les signaux amplifiés issus des modules amplificateurs, ces signaux combinés formant le signal hyperfréquence de sortie (26).

2. Dispositif d'amplification selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module amplificateur (30) et ses éléments de transitions d'entrée (5) et de sortie (7) sont sur un même plan.

3. Dispositif d'amplification selon la revendication 2, caractérisé en ce que les modules amplificateurs (30) et leurs éléments de transitions d'entrée (5) et de sortie (7) sont sur des plans parallèles entre eux.

4. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments de transitions (5, 7) sont des lignes à ailettes configurées pour assurer l'adaptation électrique entre les guides d'ondes de connexion (4), les modules amplificateurs (30) et le guide d'ondes de sortie (8).

5. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins deux demi-coquilles extérieures formant une partie du guide de sortie (8), sur lesquelles au moins un module amplificateur (30) est en contact afin de favoriser les échanges thermiques entre les modules amplificateurs (30) et l'extérieur du dispositif. 15

6. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'axe des modules amplificateurs (30) est perpendiculaire à l'axe de propagation du signal hyperfréquence (26) résultant des signaux combinés. 20

7. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'entrée du diviseur (27) est en technologie guide d'ondes métallique.

8. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 25 6, caractérisé en ce que l'entrée du diviseur (27) est en technologie planaire.

9. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les guides d'ondes de connexion (4) et le guide 30 d'ondes métallique de sortie (8) sont des guides d'ondes métalliques rectangulaires ou circulaires.

10. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque guide d'onde de connexion (4) estéquipé d'un élément de réglage de la phase (15) du signal se propageant dans chaque guide d'onde de connexion (4).

11. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les transitions d'entrée (5) et de sortie (7) associées à un module amplificateur sont réalisés sur un même circuit imprimé.

12. Dispositif d'amplification selon la revendication 11, caractérisé en ce que les éléments de transitions d'entrée (5) et de sortie (7) associées à un module amplificateur (30) et le diviseur de puissance (27) sont réalisés sur un même circuit imprimé.

13. Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications de 1 à 12, caractérisé en ce que les transitions de sorties (7) sont séparées à l'intérieur du guide de sortie (8) par une paroi métallique (28).

14. Dispositif d'amplification selon la revendication 13, caractérisé en ce la paroi métallique (28) est prolongée par un film résistif (39).