FR2971629A1 - Filtre radiofrequences reglable en technologie coplanaire et procede de reglage du filtre - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un filtre radiofréquences réglable en technologie planaire comportant au moins un substrat diélectrique (8) et n résonateurs R1, R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn intégrés au substrat, Chaque résonateur comporte, sur un plan principal PL du substrat, une succession de tronçons t1, t2,..tq,..tp de lignes de transmission planaires ayant chacun deux extrémités, p étant le nombre de tronçons de lignes de transmission planaires du résonateur Ri considéré, p étant égal ou supérieur à 2, q étant le rang du tronçon, une extrémité d'un tronçon tq d'un résonateur Ri étant en vis-à-vis et séparée d'une distance d d'une extrémité du tronçon suivant t(q+1) du même résonateur Ri, les extrémités en vis à-vis des tronçons successifs d'un résonateur Rq étant reliées par une liaison électrique (30, 34, 50, 52) élevant localement l'impédance caractéristique du résonateur Ri considéré. Applications : filtres radiofréquences.

Description

Y 1 FILTRE RADIOFREQUENCES REGLABLE EN TECHNOLOGIE COPLANAIRE ET PROCEDE DE REGLAGE DU FILTRE

L'invention concerne les filtres radiofréquence en technologie planaire réglables ou ajustables pour obtenir les performances de filtrage 5 souhaitées. Certains types de filtres radiofréquences (RF) fonctionnant notamment dans des bandes hautes fréquences et hyperfréquence comportent des résonateurs couplés réalisés à partir de lignes de transmission en technologie planaire. 10 Les figure 1, 2 et 3 représentent respectivement trois filtres planaires passe bande de l'état de l'art. La figure 1 représente un filtre en technologie planaire réduit à sa plus simple expression. Ce filtre comporte un résonateur demi-onde R2 couplé en parallèle sur la moitié de sa longueur avec deux résonateurs 15 adjacents R1 et R3 quart d'onde. Les résonateurs R1, R2, R3, sont le plus souvent réalisés en technologie des lignes micro-ruban. Le filtre de la figure 1 comporte donc un substrat 8, d'épaisseur h, de permittivité diélectrique Er, ayant une face principale 10 comportant une ligne micro-ruban respective pour chaque 20 résonateur et une face métallisée 12 opposée à la face principale pour former un plan de masse. De façon connue l'homme de métier sait calculer les dimensions physiques respectives des lignes micro-ruban, leur longueur et la distance séparant ces lignes pour obtenir les caractéristiques souhaitées du filtre 25 notamment, la bande passante, les impédances aux accès du filtre, la bande de fréquences atténuée ou autres paramètres du filtre. Dans ce type de filtre, l'accord de la fréquence centrale du résonateur R2 de la figure 1 est principalement obtenu en changeant la longueur de la ligne micro-ruban qui le constitue. 30 Les résonateurs R1 et R3 sont respectivement connectés aux accès Al, A2 du filtre par une respective ligne L1 et L2 d'impédance caractéristique standard d'entrée et de sortie des filtres, soit habituellement de 505.

Les figures 2 et 3 montrent deux autres types de filtres réduits à leur plus simple expression en technologie planaire comportant aussi trois 5 résonateurs R1, R2, R3. Le filtre de la figure 2 est de type interdigité. Une des extrémités e2 du résonateur R2 est relié à la masse (impédance nulle) Le filtre de la figure 3 est de type en peigne et comporte aussi trois résonateurs quart d'onde R1, R2, R3. Une des extrémités e1, e2, e3 des 1 o trois résonateurs R1, R2, R3 est reliée à la masse. Le filtre de la figure 3 permet d'obtenir des bandes passantes très étroites, les filtres des figures 1 et 2, des bandes passantes plus larges (ou modérées) Ces filtres sont souvent symétriques électriquement, dans ce cas les accès Al e A2 sont interchangeables 15 Néanmoins, ces types de filtres de l'état de l'art sont contraints par les tolérances des éléments qui les constituent. Leurs principales caractéristiques électriques, par exemple leur bande passante, fréquence de coupure, pertes dans la bande passante, bande attenue ou autres 20 paramètres essentiels dépendent grandement des caractéristiques du substrat utilisé pour réaliser les lignes du filtre dont l'épaisseur, la permittivité, la perméabilité, peuvent varier d'un filtre à l'autre, mais aussi par les tolérances des procédés de fabrication comme les précisions de gravure des lignes, de réalisation des via, de superposition de multiples couches 25 diélectriques du substrat, dans le cas d'utilisation de substrats multicouches. Ces paramètres variables peuvent conduire à des rendements de fabrication des filtres insuffisants ou trop aléatoires, dans les cas suivants et notamment dans leurs combinaisons : - filtres intégrés dans des structures de substrats multicouches 30 notamment dans le cas où ces filtres sont intégrés dans un sous-système monolithique conséquent. Un filtre hors spécification implique alors la mise au rebut de tout le sous-système. Lorsque plusieurs filtres sont intégrés dans un même module alors le problème de rendement est encore plus critique, - filtres qui présentent des fréquences de coupures ou des zéros de transmission ZT très proches, par exemple, filtre passe-bande à faible bande passante et/ou faible bande rejetée, simples ou multiples, - filtres comprenant des vias. Ce qui est souvent le cas, par exemple, des filtres constitués de résonateurs avec une extrémité court-circuitée vers la masse. - filtres compacts réalisés avec des substrats à forte permittivité et/ou forte perméabilité, particulièrement sensibles aux tolérances de réalisation et aux paramètres électriques tels que la permittivité diélectrique et la perméabilité magnétique, - systèmes comportant des filtres nécessitant d'effectuer leur réglage dans leur contexte d'utilisation, - filtres multiplexeurs.

Pour améliorer ou garantir un rendement minimum de fabrication des filtres en technologie planaire de l'état de l'art, les concepteurs et/ou les fabricants ont actuellement recours aux techniques ou méthodes suivantes : Selon une première méthode les filtres sont réalisés et caractérisés individuellement, à part des systèmes pour lesquels ils sont destinés. Cela alors même qu'ils sont réalisés dans une technologie identique à celle du système, par exemple sur des substrats organiques ou bien lorsqu'il s'agit de systèmes intégrés hybrides complexes dans ou autour d'un empilage de substrats. Une autre méthode pour garantir les performances des filtres consiste à effectuer une caractérisation et une sélection drastique des substrats et autres matériaux éventuellement utilisés dans un assemblage (par exemple des pré-preg), dans une gamme de valeurs réduites par rapport à celles qui sont proposées par les fabricants. Toutefois, les mesures précises de permittivité et/ou de perméabilité des matériaux utilisés pour réaliser les substrats sont coûteuses et complexes à réaliser. Sur des empilages de matériaux hétérogènes voire anisotropes (tenseurs de permittivité électrique et de perméabilité magnétique) cette caractérisation est encore plus complexe à réaliser. De plus, si le fabriquant de matériaux ne maîtrise pas suffisamment les propriétés de ses matériaux alors on n'est pas certain de disposer de la quantité requise de matériaux avec les caractéristiques adéquates pour réaliser les filtres. De plus, le substrat n'est qu'une part du problème de dispersion et cette opération n'est pas toujours suffisante. Une autre méthode consiste à pré-caractériser les substrats en épaisseur et en permittivité diélectrique, puis à effectuer une conception adaptée à chaque lot différent. Ceci est coûteux et long à mettre en place du fait des masques pour couches minces et écrans de sérigraphie pour couches épaisses à refaire pour chaque lot. De plus, le substrat n'est qu'une part du problème de dispersion et cette opération n'est pas toujours suffisante. Selon une autre méthode, dans le cas particulier des filtres réalisés par gravure, celle-ci est contrôlée pour ajuster les performances des filtres. Cette technique pose des problèmes de qualité de réalisation car le résultat de la gravure présente un taux de défaut, notamment par les surplombs et les irrégularités des bords de pistes, aggravé lorsque la durée nominale de gravure n'est pas respectée. Cette méthode ne permet pas un réglage dissocié des fréquences de coupure et de la réponse en fréquence, par exemple, le réglage dissocié du centre d'une bande de fréquence passante ou rejetée et de la largeur de cette bande de fréquence. De plus cette méthode ne peut pas s'appliquer aux filtres enterrés. Selon une autre méthode, il est possible dans certains cas, d'ajuster la réponse d'un filtre par des petites découpes des lignes, par exemple avec un laser. Cette technique n'est pas possible avec tous les substrats, elle est notamment très difficile à mettre en place sur des substrats de type organique. Cette technique n'est pas réalisable sur des filtres enterrés. Une autre méthode consiste à Introduire des éléments de réglage physiquement sur le filtre. Ces éléments de réglage sont généralement des plots conducteurs pré-connectés, le réglage s'effetue alors, soit par raccourcissement, c'est-à- dire par la coupure du lien avec le plot ou soit par allongement de la structure par la pose d'une liaison avec le plot. Ce type de réglage ne permet pas des réglages fins car les variations sont importantes et ne permettent pas un grand nombre de possibilités, notamment pour des applications compactes et/ou à haute fréquence car les dimensions des éléments de réglage sont limitées en dimension minimale, par les technologies de fabrication. Ces éléments peuvent être de rubans métalliques posés sur les lignes. Cette technique présente une part aléatoire liée à la difficulté à maîtriser la forme d'un ruban qui présente une ou plusieurs extrémités libres.

Ou bien ces éléments sont constitués d'éléments de constante diélectrique appropriée, ajoutés sur le filtre pour ajuster sa réponse. II s'agit par exemple de pavés diélectriques (métallisés ou non-métallisés) placés typiquement de deux façons suivant l'objectif recherché : Pavés placés aux extrémités en circuit ouvert de lignes/résonateurs/stubs pour agir sur la fréquence centrale, ou bien entre lignes couplées pour agir sur la largeur de bande passante ou rejetée ou sur des zéros de transmission ZT obtenus par couplages entre résonateurs non-adjacents. Cette catégorie d'éléments de réglage permet des variations fines de la réponse du filtre. En revanche, la pose de ces éléments est coûteuse et les amplitudes de réglage sont faibles, Il existe également des techniques de réglage de filtre à l'aide d'éléments mécaniques comme les systèmes à vis ou plongeurs réglables, lourds, encombrants et mal adaptés aux forts volumes de production.

D'autres techniques de réglage des filtres de l'état de l'art ont recours à des moyens électroniques qui permettent un réglage dynamique du filtre mais présentent des inconvénients et nécessitent un dispositif de commande annexe. Ces dispositifs qui génèrent des courants ou des tensions de contrôle sont coûteux et encombrants. Parmi ces techniques de réglage des filtres ont peut citer l'utilisation : - de diodes varactor ou varactors MEMS (sigle de « Micro Machined Electro Mecanical System » en langue anglaise) comportant l'inconvénient d'une faible tenue en puissance. - d'éléments ferromagnétiques dont la perméabilité magnétique pr est contrôlée par un champ magnétique extérieur de contrôle. L'inconvénient de ce type de réglage de filtre est une consommation et un encombrement importants du système de contrôle. - d'éléments ferroélectriques et cristaux liquides, dont la permittivité diélectriques Er varie en fonction d'un champ électrique externe de contrôle. Ce procédé de fabrication est onéreux et difficile à maîtriser, nécessite une forte tension de commande, présente un faible coefficient de qualité et une faible tenue en puissance. - d'éléments de commutation, de type diode PIN ou transistors MESFET (MEtal Semi-conductor Field Effect Transistor) ou CMOS (Complementary Metal Oxyde Semiconductor), réservés aux filtres travaillant aux basses fréquences présentant un fort encombrement et un faible coefficient de qualité. Ces techniques de réglage des filtres génèrent le plus souvent des filtres moins performants notamment, en tenue en puissance, en coefficient de qualité, en pertes d'insertion, en réjection, que des structures analogues fixes sans dispositif de réglage électronique.

Pour palier les inconvénients des filtres radiofréquences de l'état de l'art, l'invention propose un filtre radiofréquences réglable en technologie planaire comportant un substrat diélectrique et n résonateurs R1, R2,...Ri,...Rj,...Rk,..Rn intégrés au substrat, caractérisé en ce que chaque résonateur comporte, sur un plan principal PL du substrat, une succession de tronçons t1, t2,..tq,..tp de lignes de transmission planaires ayant chacun deux extrémités, p étant le nombre de tronçons de lignes de transmission planaires du résonateur Ri considéré, p étant égal ou supérieur à 2, q étant le rang du tronçon, une extrémité d'un tronçon tq d'un résonateur Ri étant en vis-à-vis et séparée d'une distance d d'une extrémité du tronçon suivant t(q+1) du même résonateur Ri, les extrémités en vis à-vis des tronçons successifs d'un résonateur Ri étant reliées par une liaison électrique élevant localement l'impédance caractéristique du résonateur Ri considéré.

Avantageusement, la liaison électrique entre deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1) des résonateurs R1, R2,...Ri,...Rj,...Rk,...Rn est une ligne HI de transmission planaire d'impédance caractéristique supérieure à l'impédance caractéristique du résonateur Ri considéré.

Dans une réalisation du filtre planaire selon l'invention, la longueur 35 de la ligne HI de transmission planaire est plus grande que la distance d entre les extrémités en vis-à-vis de deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1) de façon à augmenter la longueur électrique des résonateurs R1, R2,...Ri,...Rj,...Rk,..Rn.

Dans une autre réalisation, la liaison électrique entre tronçons de lignes de transmission successifs comporte au moins un fil de câblage dans un plan P perpendiculaire au plan principal PL du substrat.

Dans une autre réalisation, la liaison électrique entre deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1) des résonateurs R1, R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn comporte plusieurs fils de câblage en parallèle, chaque fil étant dans un respectif plan perpendiculaire au plan principal PL.

Dans une autre réalisation, les extrémités reliées par un fil de câblage de deux tronçons de lignes successifs tq, t(q+1) d'un résonateur Rj sont à proximité des extrémités de deux autres tronçons de lignes de transmission successifs reliés par un autre fil de câblage d'un autre résonateur Rk de façon que les surfaces formées par les fils de câblage des deux dits résonateurs Rj et Rk avec le plan principal PL soient en regard l'une de l'autre afin d'obtenir un couplage entre les deux résonateurs Rj et Rk.

Dans une autre réalisation, le substrat comporte plusieurs couches, le plan principal PL comportant les tronçons de lignes de transmission des résonateurs étant entre au moins deux couches superposées.

L'invention concerne aussi un procédé de réglage du filtre réglable selon l'invention en technologie planaire comportant un substrat diélectrique et n résonateurs R1, R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn intégrés au substrat, chaque résonateur comportant, sur un plan principal PL du substrat, une succession de tronçons t1, t2,..tq,..tp de lignes de transmission planaires ayant chacun deux extrémités, p étant le nombre de tronçons de lignes de transmission planaires du résonateur Ri considéré, p étant égal ou supérieur à 2, q étant le rang du tronçon, une extrémité d'un tronçon tq d'un résonateur Ri étant en vis-à-vis et séparée d'une distance d d'une extrémité du tronçon suivant t(q+1) du même résonateur Ri, les extrémités en vis à-vis des tronçons successifs d'un résonateur Rq étant reliées par une ligne de transmission planaire HI (30, 34) destinée à élever localement l'impédance caractéristique du résonateur Ri considéré, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de câblage, entre les extrémités en vis-à-vis de deux tronçon de lignes successifs tq, t(q+1) aux bornes des lignes de transmission planaires HI, d'au moins un fil de câblage, dans un plan P perpendiculaire au plan principal PL du substrat, les longueurs des fils de câblage et leur points de connexion sur les extrémité des tronçons de lignes de transmission ayant été préalablement déterminés pour obtenir la fréquence de résonance souhaitée des résonateurs.

Dans une mise en oeuvre du procédé de réglage, le filtre réglable étant un filtre passe bande comportant au moins un résonateur Rj et un résonateur Rk, le résonateur Rj ayant les extrémités en vis-à-vis de deux tronçons de lignes de transmission consécutifs tq, t(q+1) reliées par un fil de câblage à proximité des extrémités de deux autres tronçons de ligne de transmission consécutifs de l'autre résonateur Rk reliés par un autre fil de câblage, de façon que les surfaces formées par lesdits fils de câblage avec le plan principal PL des deux dits résonateurs Rj et Rk soient en regard l'une de l'autre, le procédé de réglage consistant à modifier la distance et la position entre l'un et l'autre fil de câblage des résonateurs Rj et Rk respectifs pour obtenir, par la modification du couplage entre le résonateur Rj et le résonateur Rk, la bande passante souhaitée .

Les principaux filtres visés par cette invention sont constitués de lignes parallèles couplées avec des résonateurs demi-ondes couplés en parallèle ou bien avec des résonateurs quart d'onde en peigne (faible bande passante) et/ou inter-digité (à large bande passante). Cette technique de réalisation et de réglage de filtre planaires selon l'invention s'applique également : - aux filtres avec des zéros de transmission ou ZT, notamment lorsque ces zéros de transmission sont obtenus par couplages entre résonateurs non adjacents. - aux filtres constitués de tronçons de lignes terminés en circuit 5 ouvert ou en court-circuit ou « stubs » en langue anglaise. Toutes les réponses en fréquence des filtres radiofréquences selon l'invention sont envisageables à savoir : passe-bande, passe-bas, passe-haut, coupe bande, ou autres réponses, ainsi que toutes les fonctions d'approximations sont également concernées, telles que : Butterworth, 10 Chebyshev, Bessel, Elliptique...

La description d'exemples de réalisation de filtres selon l'invention est faite pour des filtres passe-bande et en technologie des lignes micro-ruban, mais l'invention s'applique de façon similaire à d'autres types de 15 réponses en fréquence et à d'autres types de réalisations des lignes. Les technologies de réalisation des résonateurs des filtres peuvent être celles des lignes micro-rubans ou des lignes coplanaires, réalisées de façon classique sur un substrat unique ou bien intégrées dans un empilage de substrats ou bien réalisée sur un substrat suspendu. 20 Cette technique s'applique également sur des fonctions d'adaptation d'impédance et les fonctions de correction en amplitude et/ou en phase, quelquefois appelées linéariseurs, dans les circuits électroniques hyperfréquence.

25 L'invention sera mieux comprise à l'aide d'exemples de réalisations de filtres hyperfréquences coplanaires décrits en référence aux figures indexées dans lesquelles : - les figure 1, 2 et 3 représentent respectivement trois filtres coplanaires de l'état de l'art comportant trois résonateurs couplés ; 30 - la figure 4a, montre un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 1 ; - la figure 41) montre un vue partielle de face du résonateur R3 du filtre de la figure 4a ; - la figure 4c montre un vue partielle de face du résonateur R2 du 35 filtre de la figure 4a ; - la figure 5, montre un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 2 ; - la figure 6, montre un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 3 ; - la figure 7 montre un exemple de réalisation d'un filtre passe-bande selon l'invention comportant des réglages sur les zéros de transmission ; - la figure 8a, montre une variante de réalisation d'un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 1. - la figure 81) montre une vue partielle en coupe transversale au niveau de la partie centrale du résonateur R2 du filtre de la figure 8a ; - la figure 8c montre une vue de dessus au niveau de la partie 15 centrale du résonateur R2 du filtre de la figure 8a ; - la figure 9a, montre une autre variante de réalisation du filtre réglable de la figure 8a ; - la figure 9b montre une vue partielle en coupe transversale au niveau de la partie centrale du résonateur R2 du filtre de la figure 9a et ; 20 - la figure 9c montre une vue de dessus au niveau de la partie centrale du résonateur du filtre de la figure 9a.

Par la suite sont décrits des exemples de réalisations de filtres planaires et leur procédé de réglage selon l'invention. 25 La figure 4a, montre un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 1. Le filtre de la figure 4a selon l'invention comporte un résonateur demi-onde R2 couplé en parallèle sur la moitié de sa longueur avec deux 30 résonateurs quart d'onde adjacents, un résonateur R1 relié par la ligne L1 à l'accès Al du filtre et un résonateur R3 relié par la ligne L2 à l'accès A2 du filtre. Les trois résonateur R1, R2, R3 sont réalisés sous forme de lignes micro-ruban sur un substrat diélectrique d'épaisseur h. Selon une principale caractéristique du filtre planaire selon 35 l'invention le résonateur R1 et le résonateur R3 comportent chacun deux tronçons t1, t2 de lignes de transmission micro-ruban de même impédance caractéristique Zc et largueurs W, deux tronçon d'un même résonateur étant reliées par une ligne HI 30 micro-ruban respective (HI pour Haute Impédance), de largeur wi inférieure à la larguer W des tronçons de ligne t1, t2. L'impédance de la ligne HI 30 est de valeur bien plus élevée que l'impédance Z1 des tronçons de ligne t1, t2.

La figure 413 montre un vue partielle de face du resonateur R3 du filtre de la figure 4a.

Les deux tronçons de ligne t1, t2 et la ligne HI 30 micro-ruban des résonateurs R1 et R3 sont alignés selon des axes respectifs EE', SS' parallèle à l'axe Ox d'un trièdre de référence Oxyz. Les bords b1, b2 en vis-à-vis des tronçons de ligne sont séparés d'une distance d. Le résonateur R2 demi-onde, entre le résonateur R1 et le résonateur R3, comporte quatre tronçons de ligne t1, t2, t3 et t4 alignés selon un axe CC' parallèle aux axes EE', SS'. Les tronçons successifs t1, t2 d'un coté du résonateur R2 et les tronçons successifs t3 et t4 de l'autre côte du même résonateur R2 sont reliées par une ligne HI 30 micro-ruban de largeur wi. Les tronçons successifs t2, t3, dans la partie centrale du résonateur R2 sont, eux, reliés par une autre ligne Hi 34 de largueur wi bien inférieure à la largueur de la ligne du résonateur R2. L'autre ligne Hi 34 entre les tronçons t2 et t3 du résonateur R2 est de longueur plus importante que la distance d séparant les bords en vis avis des tronçons t2 et t3 dudit résonateur R2. A cet effet l'autre ligne Hi 34 est sous forme d'un S comportant une partie centrale 40 perpendiculaire à l'axe CC' du résonateur R2. La figure 4c montre un vue partielle de face du résonateur R2 du filtre de la figure 4a. Les lignes HI 30 et l'autre ligne HI 34 créent physiquement au niveau de leur emplacement entre les portions de lignes de transmission un rétrécissement des résonateurs et par conséquent une rupture d'impédance dans le résonateur.

La fréquence centrale f0 du filtre passe bande de la figure 1 est 35 principalement liée à la longueur électrique du résonateur R2.

Le procédé de réglage du filtre de la figure 1 comporte au moins une étape de câblage, entre les extrémités en vis-à-vis des tronçons de lignes des trois résonateurs R1, R2, R3 d'un élément de réglage ER, qui est, dans cette réalisation, un fil de câblage 50, 52 dans des plans perpendiculaires au plan principal PL du substrat. Plus précisément, des premiers fils de câblage 50 assurent la connexion électrique entre tronçons de lignes sans couplage entre résonateurs. Des deuxièmes fils de câblage 52 assurent par leur disposition dans les résonateurs outre la connexion électrique entre tronçons de lignes, un certain couplage entre résonateurs. Les longueurs des fils de câblage 50, 52 et leur point de connexion sur les extrémités de tronçons de lignes sont ajustés pour obtenir la fréquence centrale f0 souhaitée. La figure 4d montre une vue de détail en coupe transversale du 15 résonateur R2 montrant le premier fil de câblage 50 soudé entre les extrémités des deux tronçons t2, t3 dans la partie centrale du résonateur R2.

Dans le filtre de la figure 4a, les tronçons de lignes t1, t2 sont réalisés de façon que les lignes HI 30 des résonateurs R1 et R2 se trouvent 20 en vis-à-vis. De la même façon les tronçons t3, t4 du résonateur R2 et les tronçons t1, t2 du résonateur R3 sont réalisés de façon que les lignes HI 30 se trouvent aussi en vis-à-vis. Des deuxièmes fils de câblage 52 soudés en parallèle avec les lignes HI 30 permettra la modification du couplage entre résonateurs en ajustant leur position relative ou leur proximité. La 25 modification de ce couplage permettra l'ajustement, dans le cas du filtre de la figure 1, de sa bande passante de façon relativement indépendante de l'ajustement de sa fréquence centrale f0 par l'ajustement des longueurs des premiers 50 et deuxième 52 fils de câblage.

30 D'une façon générale, au cours du réglage des filtres selon l'invention, plusieurs éléments de réglage ER sous la forme de fils de câblage et/ou de rubans conducteur micro-câblé pourront être placés en parallèle avec les lignes haute impédance HI 30, 34. Ces éléments de longueur fixe ou variable dont on fera varier la longueur et éventuellement, si 35 possible, la position pour ajuster un couplage.

En comparaison avec les fils de câblage, les rubans permettent d'obtenir de meilleurs coefficients de qualité et de supporter des puissances plus élevées. En revanche, la pose automatique de rubans est moins répandue que la pose automatique de fils de câblage.

Concrètement, d'une façon générale, quelque soit le type de filtre classique tels que par exemple représentés aux figures 1, 2 et 3, il s'agit de réaliser au moins un rétrécissement des résonateurs R1, R2,..Ri,..Rj,..Rk,....Rn sur une faible longueur pour élever localement l'impédance caractéristique par les lignes HI 30, 34 (Haute Impédance) placées entre les tronçons t1, t2,..tq,..tp des résonateurs et rallonger ainsi leur longueur électrique. La longueur des lignes HI 30, 34 haute impédance dépend de l'amplitude de correction recherchée sur les paramètres du filtre. Pour obtenir une amplitude de réglage suffisante par allongement ou raccourcissement de l'élément de réglage ER 50, 52 (fils de câblage) il faut agencer ou replier cette ligne HI pour obtenir des points de jonction de l'élément de réglage ER avec les tronçons de lignes les plus proches possibles. Par exemple, le rétrécissement des résonateurs R1, R2, R3 du filtre passe bande de la figure 4a par l'incorporation des lignes HI 30, 34 haute impédance entre les tronçons t1, t2, t3, t4 de lignes de transmission et des éléments de réglage ER 50, 52 modifie la réponse du filtre d'origine tel que représenté à la figure 1 et il donc est nécessaire d'optimiser toute la structure du filtre pour assurer une réponse en fréquence optimale en position de réglage nominal.

La figure 5, montre un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 2 ; La figure 6, montre un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 3.

Les filtres de la figure 5 et 6 comportent selon l'invention des tronçons de lignes micro-ruban, deux tronçons t1, t2 par résonateur R1, R2, R3 reliés par une ligne HI 30 et une autre ligne HI 34, des premiers fils de câblage 50 en parallèle avec les autres lignes HI 34 et des deuxièmes fils de câblage 52 en parallèle avec les lignes HI 30. Les deuxièmes fils de câblage 52 assurent un certain couplage entre résonateurs.

Les filtres planaires selon l'invention peuvent être réalisés de façon à obtenir des éléments de réglage ER 50 non couplés entre eux, c'est à dire fortement éloignés et/ou orientés avec peu de surface en regard, ou/et des éléments de réglage ER 52 couplés. Les éléments de réglage ER 50 non couplés sont utilisés pour agir de façon prépondérante sur la fréquence centrale f0 du filtre. C'est par exemple le cas des premiers fils de câblage 50 de connexion des figures 4a, 5, 6, 8a et 9a. L'objectif est ici de trouver une implémentation du réglage qui influence peu la bande passante. Les éléments de réglage ER 52 couplés entre eux, c'est à dire proches et orientés avec leurs surfaces en regard, sont utilisés pour agir sur la bande passante comme c'est le cas des deuxièmes fils de câblage 52 des Figures 4a, 5, 6, 7, 8a et 9a.

Il est possible de régler en même temps la fréquence centrale f0 du filtre et sa bande passante Bp avec uniquement des éléments de réglage ER 52 couplés, en modifiant leur longueur et leur position relative sur les extrémités des tronçons de lignes. Cela conduit à une structure plus simple mais les réglages sont plus limités et plus complexes à mettre en oeuvre. En général, il faut optimiser la structure du filtre réglable selon l'invention pour obtenir les réglages de la fréquence centrale f0 et de la bande passante Bp les moins corrélés possible et une amplitude de réglage appropriée. Cette optimisation dépend des performances attendues en réalisation en fonction des variations possibles des paramètres éléments constituant le filtre et des besoins de l'application (spécifications).

Le réglage des zéros de transmission ZT du filtre coplanaire est similaire dans sa mise en oeuvre aux réglages de la fréquence centrale f0 et la bande passante Bp, par la caractéristique et la position des éléments de réglage ER et des lignes HI dans les résonateurs. Dans ce cas, les éléments de réglage ER 54 couplés sont situés sur les zones des résonateurs qui modifient sensiblement les zéros de transmission ZT.

La figure 7 montre un exemple de réalisation d'un filtre passe-bande selon l'invention comportant des réglages sur les zéros de transmission ZT. Le filtre de la figure 7 comporte 2 résonateurs R1 et R3 de type quart d'onde et 3 résonateurs R4, R2, R5 de type demi-onde. Ces résonateurs sont considérés adjacents et directement couplés entre eux dans l'ordre R1/R4/R2/R5/R3. Les résonateurs R4 et R5 sont considérés non-adjacents et volontairement couplés en leur centre pour générer des zéros de transmission ZT. Ce couplage particulier est appelé couplage transverse. Sous sa forme la plus usuelle, le filtre présente un axe de symétrie TT'. Le résonateur R1 et le résonateur R3 comportent chacun deux tronçons t1, t2 de lignes, le résonateur R2 trois tronçons t1, t2, t3 de lignes de transmission, les résonateurs non-adjacents R4, R5 quatre tronçons de ligne chacun t1, t2, t3, t4. Des lignes HI 30 reliant les tronçons des résonateurs R1, R4, R2 sont alignées de préférence sur un même axe PP' parallèle à l'axe de symétrie TT' du filtre, des deuxièmes fils de câblage 52 sont soudés en parallèle de ces lignes HI 30 pour obtenir un couplage entre ces résonateurs.

La configuration de câblage est symétrique de l'autre côte de l'axe TT' sur un axe d'alignement QQ' des lignes HI des résonateurs R3, R5, R2. La configuration du filtre de la figure 7 est telle que les centres des résonateurs R4 et R5 comportent des lignes HI 30 et des troisièmes fils de câblage 54 formant des surfaces parallèles avec le plan principal PL selon un plan parallèle au plan Oxy du trièdre de référence Oxyz. Ce sont ces couplages au niveau des centres des résonateurs R4 et R5 qui impliquent les zéros de transmission ZT du filtre de la figure 7 et la possibilité de réglage des dits zéros de transmission.

Dans le cas de réalisation des filtres planaires selon l'invention, Il est possible d'utiliser un fil ou un ruban conducteur à la place de l'une 30 ou l'autre 34 ligne HI micro-ruban dans les résonateurs pour réaliser une plus haute impédance. Dans certains cas, cela conduit à des pertes plus faibles. En revanche, cela ne permet pas de pré-visualiser simplement la réponse du filtre par une mesure avant la mise en place des fils de câblage 50, 52, 54.

Cette dernière implémentation peut nécessiter deux phases de câblage, ce qui n'est pas optimal d'un point de vue industriel.

Dans certaines réalisations de filtres selon l'invention dite intégrée le substrat est un substrat multicouches comportant les tronçons t1, t2,..tq,..tp de lignes de transmission intégrés entre au moins deux couches et donc non accessibles en surface par l'extérieur du filtre. Dans ce cas, le substrat comporte des trous métallisés au niveau des extrémités des tronçons de lignes de transmission reliant des plages métallisés sur la surface du substrat. La liaison électrique par fils de câblage 50, 52, 54 et/ou par lignes HI 30, 34 peut être alors réalisée sur ces plages métallisées.

La figure 8a, montre une variante de réalisation d'un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 1.

La figure 813 montre une vue partielle en coupe transversale au niveau de la partie centrale du résonateur R2 du filtre de la figure 8a. La figure 8c montre une vue de dessus au niveau de la partie centrale du résonateur R2 du filtre de la figure 8a. Le filtre de la figure 8a comporte un substrat multicouches 90 ayant deux couches C1, C2 superposées et, enfouis entre ces deux couches Cl, C2, des tronçons de lignes t1, t2, t3, t4 et d'autres lignes HI 34 reliant ces tronçons pour former les résonateurs R1, R2 et R3. Le substrat multicouche comporte une face supérieure 13 et une face opposée inférieure 14 métallisée. La face supérieur 13 comporte des plages métallisées 82 reliées par des trous métallisés 80 dans la couche Cl aux extrémités de tronçons de lignes de transmission enfouis dans le substrat 90. Les éléments de réglage ER, soit des fils de câblage 50, 52 sont fixés sur ces plages métallisées 82 sur la face supérieure 13 du substrat 90. Les autres lignes HI 34 sont sur la même face du substrat (plan principal PL) que les tronçons de lignes enfouis. La face supérieure 13 peut également présenter un plan de masse évidé autour des plages métallisées 82.

La figure 9a, montre une autre variante de réalisation du filtre 35 réglable de la figure 8a sur substrat multicouches.

La figure 9b montre une vue partielle en coupe transversale au niveau de la partie centrale du résonateur R2 du filtre de la figure 9a. La figure 9c montre une vue de dessus au niveau de la partie centrale du résonateur du filtre de la figure 9a.

Dans le cas du filtre de la figure 9a les autres lignes HI 34 sont réalisées avec les plages métallisées 82 sur la face supérieure 13 du substrat multicouches 90, les plages métallisées et les autres lignes HI 34 sont reliées aux extrémités des tronçons de lignes de transmission enfouis par les trous métallisés 80 dans la couche Cl Dans le cas d'un filtre intégré dans un substrat multicouches, il est possible d'ajuster des éléments de réglage ER sur la partie supérieure de l'empilement des couches du substrat de façon à ajuster la réponse du filtre au plus près du résultat attendu. Cet ajustement se faisant cette fois par modification au laser ou bien par gravure, après avoir caractérisé la partie non accessible du filtre. La principale partie du filtre étant enrobée et déjà réalisée, les incertitudes sur la réalisation de la partie supérieure complémentaire ont un effet très réduit sur le résultat final.

Cette partie supérieure peut notamment être mise à profit pour réaliser et ajuster des couplages transverses entre résonateurs non-adjacents et ainsi introduire et contrôler des zéros de transmission ZT supplémentaires.

La technique proposée dans cette invention, permet d'effectuer des ajustements fins, sur des structures de filtres constitués de lignes de transmission planaires. Les plans de masse ne sont par représentés sur les figures 1 à 9a qui illustrent les exemples de filtres. Selon le cas, il peut y avoir un seul plan de masse situé juste au-dessous du premier substrat (cas des lignes micro-ruban), ou bien à distance au-dessous de celui-ci (cas micro-ruban suspendu). II peut aussi y avoir un second plan de masse au-dessus de la structure, par exemple sur la face supérieure du substrat supérieur (6), ouvert autour des éléments qui doivent rester accessibles.35 Le filtre planaire et son procédé de réglage selon l'invention comporte les avantages suivants : - une gestion des problèmes de rendement de fabrication liés aux tolérances de fabrication et aux tolérances des caractéristiques électriques 5 des matériaux, - la réalisation des sous-ensembles hybrides complexes avec des filtres intégrés, sans que les performances de ces filtres ne pénalisent le rendement de fabrication de l'ensemble, - la réalisation des filtres avec des matériaux ou des procédés très 10 performants, comme des substrats à haute permittivité ou des empilages complexes de substrats qui sont impactés par des tolérances importantes sur leurs dimensions et sur les propriétés des matériaux. Cette technique repose sur des moyens conventionnels de fabrication en microélectronique: Pose de fils de câblage et/ou de rubans 15 conducteurs de longueur déroulée et de positions maitrisées. La réponse du filtre est ajustée en faisant varier les dimensions et les points d'attache des fils de câblage et/ou des rubans conducteurs. Cette technique de réglage est bien adaptée aux forts volumes de production car elle peut être complètement automatisée. Elle permet : 20 - d'ajuster la réponse du filtre au plus près du besoin avec des dispersions résiduelles très faibles liées aux matériaux et à la réalisation. - d'ajuster le filtrage in situ, c'est à dire en fonction des caractéristiques de son environnement, voire en fonction de plusieurs applications (plusieurs fonctions de filtrage réalisables à partir d'une même 25 structure). Par ailleurs, le fait de finaliser la réponse du filtre après intégration de l'ensemble permet de libérer la sous-traitance (sur la première partie de réalisation), d'éventuelles contraintes de confidentialité dans le cas de réalisation d'équipements classifiés.

30 Les ruptures d'impédance pratiquées dans les résonateurs apportent des degrés de liberté supplémentaires qui permettent d'agir sur la réponse en fréquence avec plus de possibilités. Cela peut conduire à un nombre inférieur de résonateurs par rapport à une structure classique non 35 réglable.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Filtre radiofréquences réglable en technologie planaire comportant un substrat diélectrique (8, 90) et n résonateurs R1, 5 R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn intégrés au substrat, caractérisé en ce que chaque résonateur comporte, sur un plan principal PL du substrat, une succession de tronçons t1, t2,..tq,..tp de lignes de transmission planaires ayant chacun deux extrémités, p étant le nombre de tronçons de lignes de transmission planaires du résonateur Ri considéré, 10 p étant égal ou supérieur à 2, q étant le rang du tronçon, une extrémité d'un tronçon tq d'un résonateur Ri étant en vis-à-vis et séparée d'une distance d d'une extrémité du tronçon suivant t(q+1) du même résonateur Ri, les extrémités en vis à-vis des tronçons successifs d'un résonateur Ri étant reliées par une liaison électrique (30, 34, 50, 52, 54) élevant localement 15 l'impédance caractéristique (Zc) du résonateur Ri considéré.
2. 2. Filtre radiofréquences selon la revendication 1, caratérisé en ce que la liaison électrique entre deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1) des résonateurs R1, R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn est une 20 ligne HI (30) de transmission planaire d'impédance caractéristique supérieure à l'impédance caractéristique (Zc) du résonateur Ri considéré.
3. 3. Filtre radiofréquences selon la revendication 2, caratérisé en ce que la longueur de la ligne HI (34) de transmission planaire est plus grande 25 que la distance d entre les extrémités en vis-à-vis de deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1) de façon à augmenter la longueur électrique des résonateurs R1, R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn.
4. 4. Filtre radiofréquences selon l'une des revendications 1 à 3, 30 caratérisé en ce que la liaison électrique des tronçons de lignes de transmission successifs comporte au moins un fil de câblage (50, 52, 54), dans un plan P perpendiculaire au plan principal PL du substrat.
5. 5. Filtre radiofréquences selon la revendication 4, caratérisé en ce 35 que la liaison électrique entre deux tronçons de lignes de transmissionsuccessifs tq, t(q+1) des résonateurs R1, R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn comporte plusieurs fils de câblage (50, 52) en parallèle, chaque fil étant dans un respectif plan perpendiculaire au plan principal PL.
6. 6. Filtre radiofréquences selon l'une des revendications 4 ou 5, caratérisé en ce que les extrémités reliées par un fil de câblage (52, 54) de deux tronçons de lignes successifs tq, t(q+1) d'un résonateur Rj sont à proximité des extrémités de deux autres tronçons de lignes de transmission successifs reliés par un autre fil de câblage d'un autre résonateur Rk de façon que les surfaces formées par les fils de câblage des deux dits résonateurs Rj et Rk avec le plan principal PL soient en regard l'une de l'autre afin d'obtenir un couplage entre les deux résonateurs Rj et Rk.
7. 7. Filtre radiofréquences selon l'une des revendications 1 à 6, caratérisé en ce que le substrat (90) comporte plusieurs couches (Cl, C2), le plan principal PL comportant les tronçons de lignes de transmission des résonateurs étant entre au moins deux couches superposées (Cl, C2)
8. 8. Procédé de réglage du filtre réglable selon l'une des revendications 1 à 5, du type comportant un substrat diélectrique (8, 90) et n résonateurs R1, R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn intégrés au substrat, chaque résonateur comportant, sur un plan principal PL du substrat, une succession de tronçons t1, t2,..tq,..tp de lignes de transmission planaires ayant chacun deux extrémités, p étant le nombre de tronçons de lignes de transmission planaires du résonateur Ri considéré, p étant égal ou supérieur à 2, q étant le rang du tronçon, une extrémité d'un tronçon tq d'un résonateur Ri étant en vis-à-vis et séparée d'une distance d d'une extrémité du tronçon suivant t(q+1) du même résonateur Ri, les extrémités en vis à-vis des tronçons successifs d'un résonateur Rq étant reliées par une ligne de transmission planaire HI (30, 34) destinée à élever localement l'impédance caractéristique (Zc) du résonateur Ri considéré, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de câblage, entre les extrémités en vis-à-vis de deux tronçon de lignes successifs tq, t(q+1) aux bornes des lignes de transmission planaires HI (30, 34), d'au moins un fil de câblage, dans un plan P perpendiculaire au plan principal PLdu substrat, les longueurs des fils de câblage et leur points de connexion sur les extrémités des tronçons de lignes de transmission ayant été préalablement déterminés pour obtenir la fréquence de résonance souhaitée des résonateurs.
9. 9. Procédé de réglage d'un filtre radiofréquences selon la revendication 8, le filtre réglable étant un filtre passe bande comportant au moins un résonateur Rj et un résonateur Rk, le résonateur Rj ayant les extrémités en vis-à-vis de deux tronçons de lignes de transmission consécutifs tq, t(q+1) reliées par un fil de câblage à proximité des extrémités de deux autres tronçons de ligne de transmission consécutifs de l'autre résonateur Rk reliés par un autre fil de câblage, de façon que les surfaces formées par lesdits fils de câblage avec le plan principal PL des deux dits résonateurs Rj et Rk soient en regard l'une de l'autre, le procédé de réglage consistant à modifier la distance et la position entre l'un et l'autre fil de câblage des résonateurs Rj et Rk respectifs pour obtenir, par la modification du couplage entre le résonateur Rj et le résonateur Rk, la bande passante souhaitée.20REVENDICATIONS 1. Filtre radiofréquences réglable en technologie planaire comportant un substrat diélectrique (8, 90) et n résonateurs R1, 5 R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn intégrés au substrat, caractérisé en ce que chaque résonateur comporte, sur un plan principal PL du substrat, une succession de tronçons t1, t2,..tq,..tp de lignes de transmission planaires ayant chacun deux extrémités, p étant le nombre de tronçons de lignes de transmission planaires du résonateur Ri considéré, 10 p étant égal ou supérieur à 2, q étant le rang du tronçon, une extrémité d'un tronçon tq d'un résonateur Ri étant en vis-à-vis et séparée d'une distance d d'une extrémité du tronçon suivant t(q+1) du même résonateur Ri, les extrémités en vis à-vis des tronçons successifs d'un résonateur Ri étant reliées par une liaison électrique (30, 34, 50, 52, 54) élevant localement 15 l'impédance caractéristique (Zc) du résonateur Ri considéré. 2. Filtre radiofréquences selon la revendication 1, caratérisé en ce que la liaison électrique entre deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1) des résonateurs R1, R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn est une 20 ligne HI (30) de transmission planaire d'impédance caractéristique supérieure à l'impédance caractéristique (Zc) du résonateur Ri considéré. 3. Filtre radiofréquences selon la revendication 2, caratérisé en ce que la longueur de la ligne HI (34) de transmission planaire est plus grande 25 que la distance d entre les extrémités en vis-à-vis de deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1) de façon à augmenter la longueur électrique des résonateurs R1, R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn. 4. Filtre radiofréquences selon l'une des revendications 1 à 3, 30 caratérisé en ce que la liaison électrique des tronçons de lignes de transmission successifs comporte au moins un fil de câblage (50, 52, 54), dans un plan P perpendiculaire au plan principal PL du substrat. 5. Filtre radiofréquences selon la revendication 4, caratérisé en ce 35 que la liaison électrique entre deux tronçons de lignes de transmissionsuccessifs tq, t(q+1) des résonateurs R1, R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn comporte plusieurs fils de câblage (50, 52) en parallèle, chaque fil étant dans un respectif plan perpendiculaire au plan principal PL. 6. Filtre radiofréquences selon l'une des revendications 4 ou 5, caratérisé en ce que les extrémités reliées par un fil de câblage (52, 54) de deux tronçons de lignes successifs tq, t(q+1) d'un résonateur Rj sont à proximité des extrémités de deux autres tronçons de lignes de transmission successifs reliés par un autre fil de câblage d'un autre résonateur Rk de façon que les surfaces formées par les fils de câblage des deux dits résonateurs Rj et Rk avec le plan principal PL soient en regard l'une de l'autre afin d'obtenir un couplage entre les deux résonateurs Rj et Rk. 7. Filtre radiofréquences selon l'une des revendications 1 à 6, caratérisé en ce que le substrat (90) comporte plusieurs couches (Cl, C2), le plan principal PL comportant les tronçons de lignes de transmission des résonateurs étant entre au moins deux couches superposées (Cl, C2) 8. Procédé de réglage du filtre réglable selon l'une des revendications 1 à 5, du type comportant un substrat diélectrique (8, 90) et n résonateurs R1, R2,..Ri,...Rj,...Rk,..Rn intégrés au substrat, chaque résonateur comportant, sur un plan principal PL du substrat, une succession de tronçons t1, t2,..tq,..tp de lignes de transmission planaires ayant chacun deux extrémités, p étant le nombre de tronçons de lignes de transmission planaires du résonateur Ri considéré, p étant égal ou supérieur à 2, q étant le rang du tronçon, une extrémité d'un tronçon tq d'un résonateur Ri étant en vis-à-vis et séparée d'une distance d d'une extrémité du tronçon suivant t(q+1) du même résonateur Ri, les extrémités en vis à-vis des tronçons successifs d'un résonateur Rq étant reliées par une ligne de transmission planaire HI (30, 34) destinée à élever localement l'impédance caractéristique (Zc) du résonateur Ri considéré, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de câblage, entre les extrémités en vis-à-vis de deux tronçon de lignes successifs tq, t(q+1) aux bornes des lignes de transmission planaires HI (30, 34), d'au moins un fil de câblage, dans un plan P perpendiculaire au plan principal PLdu substrat, les longueurs des fils de câblage et leur points de connexion sur les extrémités des tronçons de lignes de transmission ayant été préalablement déterminés pour obtenir la fréquence de résonance souhaitée des résonateurs. 9. Procédé de réglage d'un filtre radiofréquences selon la revendication 8, le filtre réglable étant un filtre passe bande comportant au moins un résonateur Rj et un résonateur Rk, le résonateur Rj ayant les extrémités en vis-à-vis de deux tronçons de lignes de transmission consécutifs tq, t(q+1) reliées par un fil de câblage à proximité des extrémités de deux autres tronçons de ligne de transmission consécutifs de l'autre résonateur Rk reliés par un autre fil de câblage, de façon que les surfaces formées par lesdits fils de câblage avec le plan principal PL des deux dits résonateurs Rj et Rk soient en regard l'une de l'autre, le procédé de réglage consistant à modifier la distance et la position entre l'un et l'autre fil de câblage des résonateurs Rj et Rk respectifs pour obtenir, par la modification du couplage entre le résonateur Rj et le résonateur Rk, la bande passante souhaitée.20