FR2993412A1

FR2993412A1 - Dispositif d'adaptation d'impedance

Info

Publication number: FR2993412A1
Application number: FR1256730A
Authority: FR
Inventors: Philippe Alonso; Claude Baret
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2014-01-17
Anticipated expiration: 2032-07-12
Also published as: DE112013003497T5; WO2014009453A1; FR2993412B1; US20150155847A1; US9467114B2

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'adaptation d'impédance comprenant un circuit composé d'un substrat plan (27) sur lequel est disposée au moins une ligne-ruban conductrice (26), au moins un ressort conducteur (22) appliquant une contrainte mécanique sur le circuit.

Description

DISPOSITIF D'ADAPTATION D'IMPEDANCE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un dispositif électronique d'adaptation d'impédance. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le domaine de l'invention est le domaine hyperfréquence comprenant notamment celui des systèmes 10 photoconducteurs. Dans les applications actuelles, on trouve beaucoup de photodétecteurs encapsulés à intégrer. Pour récupérer le signal électrique, il existe principalement deux types de liaisons pour adapter la 15 sortie du composant à la connectique électrique : des lignes coaxiales ou bien des lignes microbandes (ou « microstrip »). Dans la majorité des cas, les industriels utilisent une de ces deux solutions. Les systèmes d'adaptation connus à ce jour 20 sont fixes et non optimisables. Leurs performances dépendent du type de ligne choisi, de la qualité des brasages et des propriétés des composants utiles (photoconducteurs, propriété du substrat de la ligne et des matériaux."). Dans les versions utilisant des 25 boîtiers métalliques, la fonction de blindage est assurée mais ne permet pas d'optimiser les performances en termes d'adaptation d'impédance. L'invention a pour objet d'optimiser les performances d'un dispositif d'adaptation d'impédance comprenant par exemple un circuit microbande entouré d'une enveloppe métallique. Ce circuit peut-être chargé par un photoconducteur dont on souhaite récupérer la réponse électrique.

L'invention a pour objet de réaliser un dispositif robuste, dont les performances en terme d'adaptation d'impédance sont optimisées dans une bande de fréquence relativement large (supérieure au GHz). L'invention répond à des exigences strictes : en effet les signaux transmis ne doivent pas subir de dégradations dans la bande utile. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif d'adaptation d'impédance comprenant un circuit composé d'un substrat plan sur lequel est disposée au moins une ligne conductrice, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ressort conducteur appliquant une contrainte mécanique sur le circuit.

Avantageusement le circuit peut être une ligne microbande, une ligne à fente (« slotline »). Il peut comprendre des lignes coplanaires (« planar waveguides ») ou des lignes-bandes (« striplines »). Avantageusement les ressorts peuvent être 25 disposés de façon symétrique par rapport aux lignes conductrices. Avantageusement le dispositif de l'invention comprend un boîtier conducteur dans lequel est disposé le circuit. 30 Avantageusement chaque ressort a au moins une caractéristique variable, par exemple le nombre de spires dépassant d'un plan de masse, l'espace entre les spires, la longueur d'un noyau central. Chaque ressort peut disposer d'une vis de réglage de la taille du ressort, ou d'un noyau central en forme de vis dont le serrage détermine la longueur à l'intérieur du ressort. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Les figures lA et 1B illustrent une ligne microbande respectivement en perspective et en coupe transversale. La figure 2 illustre le dispositif de l'invention.

La figure 3 illustre un exemple de réalisation du dispositif de l'invention. La figure 4 illustre les réponses fréquentielles des coefficients de réflexion(Sij) dans le cas où le circuit n'est pas équipé de ressorts et dans le cas où il est équipé de ressorts comme dans le circuit microbande de l'invention. La figure 5 représente des courbes illustrant la comparaison de réponses percussionnelles entre deux circuits opérationnels : un circuit organisé selon l'invention et un circuit non optimisé sans ressorts. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Les lignes microbande (« microstrip ») sont 30 une extension de la technique des micro-ondes aux circuits imprimés. Elles présentent de nombreux avantages, notamment leur faible encombrement, leur légèreté et leur facilité d'intégration dans un boîtier. En contrepartie, elles ne peuvent pas transmettre de puissance notable et ne peuvent rayonner que localement. Les lignes microbande sont très utilisées dans la fabrication des circuits hyperfréquences. Dans ce type de ligne, comme illustré sur les figures LA et 1B, les lignes de champs électrique E et magnétique H sont surtout concentrées dans le diélectrique du substrat 12 entre la ligne métallisée 10 et le plan de masse 11, bien qu'une faible portion se retrouve également dans l'air au dessus du substrat. En toute rigueur, les champs exacts d'une structure microbande correspondent à une onde TMTE. En pratique, les champs sont quasi-TEM car l'épaisseur du diélectrique est très petite par rapport à la longueur d'onde. On rappelle que TE représente un mode Tranverse Electrique, que TM représente un mode Tranverse Magnétique et que TEM représente un mode Tranverse Electro-Magnétique, qui est caractérisé par des composantes transverses uniquement en x et y (les composantes Ez et Hz sont nulles). Dans le dispositif de l'invention illustré sur la figure 2, on enferme le circuit 20, ici une ligne par exemple microbande « adaptée » 26 disposée sur un substrat 27, dans un boîtier conducteur 21 muni d'un couvercle 25. Ensuite, on positionne le plan de masse directement sur une paroi interne du boîtier conducteur 21 (contact plan de masse 23) puis on applique une contrainte mécanique à partir de plusieurs ressorts 22 répartis côté ligne à l'aide de vis de réglage 29. La référence 28 correspond à une entrée alimentation externe (par exemple la polarisation dans le cas d'un photoconducteur).

Les ressorts 22 ont deux rôles essentiels dans le dispositif de l'invention : ils permettent tout d'abord de comprimer le plan de masse 23 du circuit 20 contre la paroi interne 24 du boîtier conducteur 21, puis ils provoquent localement un couplage inductif avec la ligne microbande 26. Ainsi le rayonnement interne au voisinage de la ligne est en partie couplé avec le boîtier conducteur 21. La compression des ressorts 22 permet de modifier légèrement l'impédance de la ligne et permet ainsi d'améliorer l'adaptation du circuit et donc la transmission dans la ligne. Pour réaliser le bon réglage et ainsi adapter le circuit dans la bande de fréquence utile, on utilise -un analyseur de réseaux vectoriel. Le port de l'analyseur est préalablement calibré en bout de connectique afin de réaliser une mesure du paramètre S en réflexion. Si l'on utilise le port 3 de l'analyseur, on parle du paramètre S33. Dans un exemple de réalisation illustré sur la figure 3, le réglage consiste à comprimer les ressorts sur le circuit par des vis 30 placées à la surface du couvercle supérieur. Sur cette figure, 31 correspond à une entrée optique, 32 à l'alimentation externe et 33 à une sortie électrique (SMA ou autre) et de mesure du coefficient de réflexion. L'optimisation consiste à diminuer le S33 (en dB) dans la bande de fréquences définie par le dispositif de l'invention. En effet, il existe une relation entre le coefficient de réflexion (Sij) et l'impédance d'entrée (Ze) vu par l'analyseur de réseaux. Plus le circuit a une impédance proche de l'impédance normalisé (50 Q) et plus la réponse réfléchie par le système est faible. La comparaison des réponses des coefficients de réflexion, illustrée sur la figure 4, permet de montrer l'efficacité du dispositif de l'invention. La courbe I correspond au dispositif de l'invention, comprenant un boîtier fermé avec ressorts, et la courbe II à un boîtier fermé sans ressorts. Si l'on prend comme critère un seuil à - 10 dB, on note en effet une augmentation (d'environ 15% dans l'exemple illustré) de la bande de fréquences dans laquelle le circuit est adapté en impédance. Le dispositif de l'invention présente l'avantage d'optimiser le circuit adapté et donc d'améliorer les performances en termes d'adaptation d'impédance dans la bande de fréquences du système. La bande passante dépend principalement des caractéristiques intrinsèques du semi-conducteur et de la qualité des liaisons. L'utilisation des ressorts améliore l'adaptation d'impédance en sortie d'un photoconducteur et permet de réaliser une mise au point de ce dispositif. En effet, plus l'on adapte le circuit, plus la bande passante est importante et plus l'on améliore la fonction de transfert du circuit. Cette amélioration se traduit par une diminution des rebonds arrières et une bonne restitution des fronts lors de transitoires.

La caractérisation de ce dispositif à partir d'une réponse percussionnelle, comme illustré sur la figure 5, permet de vérifier les performances du circuit et de s'assurer que le circuit répond bien aux 5 attentes (performances du temps de montée Trise, du temps de descente Tfall, et du dépassement « overshoot »...). La courbe III correspond au dispositif de l'invention et la courbe IV à un dispositif non optimisé. Un autre point fort à souligner est que le 10 système est assez simple à mettre en oeuvre, quelque soit le composant photoconducteur choisi en entrée. Le dispositif de l'invention permet d'améliorer les performances des circuits montés dans des enveloppes métalliques. Le contact équiréparti 15 entre le plan de masse du circuit et le boîtier est une condition sine qua non pour assurer de bonnes performances électriques (faible coefficient de réflexion et donc meilleure adaptation d'impédance vu de la connectique de sortie). Le fait d'ajouter les 20 ressorts conducteurs assure en effet la compression du circuit et permet ainsi d'avoir un léger couplage entre le champs rayonné par la ligne et le boîtier conducteur fermé. L'invention contribue à modifier la 25 fonction de transfert du circuit planaire et permet ainsi de diminuer les phénomènes de rebonds lors de transitoires rapides. Le dispositif de l'invention peut être utilisé pour un dispositif à base de semi-conducteur 30 ayant la capacité de détecter un rayonnement du domaine optique et de le transformer en signal électrique (Photodiode). Dans le domaine de l'optoélectronique, on utilise régulièrement ce type de dispositif pour caractériser des signaux optiques issus de chaines de mesure munies de fibres optiques. En effet, la conception de diagnostics laser spécifiques nécessite d'utiliser des photodiodes dont les performances sont directement liées aux composants choisis mais également aux moyens mis en place pour adapter la sortie du produit. Le développement et l'utilisation de dispositifs fibrés peuvent également employer un tel moyen de conversion photons-électrons dans un environnement plus ou moins sévère, soumis à des perturbations électromagnétiques en mode rayonné. Le dispositif ainsi réalisé est industrialisable et être utilisé dans le domaine des télécommunications ou de la recherche. Il est important de noter que l'application d'un tel système peut se faire plus largement au niveau des domaines hyperfréquences (antennes, circuits, composants."). En effet, tous les circuits électroniques nécessitant un réglage pour améliorer l'adaptation d'impédance d'un système peuvent utiliser ce type d'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif d'adaptation d'impédance comprenant un circuit composé d'un substrat plan (27) sur lequel est disposée au moins une ligne conductrice (26), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ressort conducteur (22) appliquant une contrainte mécanique sur le circuit.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le circuit est une ligne microbande.
3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le circuit est une ligne à fente.
4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le circuit comprend des lignes coplanaires.
5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le circuit comprend des lignes-bandes.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les ressorts (22) sont disposés de façon symétrique par rapport aux lignes conductrices.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 comprenant un boîtier conducteur (21) dans lequel est disposé le circuit.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel chaque ressort a aumoins une caractéristique variable prise parmi le nombre de spires dépassant d'un plan de masse, l'espace entre les spires, la longueur d'un noyau central.
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel chaque ressort (22) dispose d'une vis de réglage de la taille du ressort.
10. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel chaque ressort (22) dispose d'un noyau central en forme de vis (29) dont le serrage détermine la longueur à l'intérieur du ressort.