FR3053162B1 - Circulateur hyperfrequence double cellules a faible encombrement et procede de fabrication - Google Patents
Circulateur hyperfrequence double cellules a faible encombrement et procede de fabrication Download PDFInfo
- Publication number
- FR3053162B1 FR3053162B1 FR1601002A FR1601002A FR3053162B1 FR 3053162 B1 FR3053162 B1 FR 3053162B1 FR 1601002 A FR1601002 A FR 1601002A FR 1601002 A FR1601002 A FR 1601002A FR 3053162 B1 FR3053162 B1 FR 3053162B1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- cell
- dielectric
- microwave circulator
- ferrite material
- core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 title 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 59
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 22
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims description 11
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005293 ferrimagnetic effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/32—Non-reciprocal transmission devices
- H01P1/38—Circulators
- H01P1/383—Junction circulators, e.g. Y-circulators
- H01P1/387—Strip line circulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/02—Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling
- H01P5/022—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions
- H01P5/028—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions between strip lines
Landscapes
- Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
L'invention a pour objet un circulateur hyperfréquence comprenant au moins : - la superposition d'une première cellule et d'une seconde cellule, chaque cellule comportant : ○ un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ; ○ au moins deux pistes d'accès et une piste de liaison jointes entre elles au niveau du noyau de matériau ferrite, sur une face active de la cellule ; - au moins une connexion de cellules permettant de relier électriquement ladite piste de liaison de ladite première cellule à ladite piste de liaison de ladite seconde cellule. - ladite superposition comprenant un plan de masse situé entre lesdites faces actives desdites cellules. Avantageusement, les cellules comprennent des couches de ferrite/diélectrique cofrittées. L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un circulateur double cellules de l'invention.
Description
CIRCULATEUR HYPERFREQUENCE DOUBLE CELLULES A FAIBLE
ENCOMBREMENT ET PROCEDE DE FABRICATION
Le domaine de l’invention est celui des circulateurs hyperfréquences. Ces composants passifs magnétiques à faibles pertes fonctionnent typiquement à des fréquences de l'ordre de quelques Gigahertz à quelques dizaines de Gigahertz. De tels composants sont particulièrement recherchés actuellement tant pour des applications civiles de télécommunications que pour des applications RADAR. Ce sont des composants essentiels car ils permettent d’isoler des réflexions parasites tout en présentant des pertes faibles pour transmettre des puissances importantes, et ce de manière complètement passive. La figure 1 illustre ce type de composant, comprenant trois ports dont un est connecté à une charge 50 Ω pour assurer l’isolation des réflexions parasites.
Le fonctionnement de ces circulateurs hyperfréquences est basé sur l'effet non-réciproque d'un ferrite magnétiquement saturé. Ils sont fabriqués de manière conventionnelle en utilisant des technologies d'assemblage coûteuses car le ferrite qui constitue le cœur du composant, un grenat ferrimagnétique, est une céramique frittée à haute température (> 1400°C). Ils sont volumineux et difficiles à intégrer avec d'autres composants employés dans les circuits de microélectronique parce qu'ils ne se présentent généralement pas comme des composants sous forme de puce mais qu’ils sont fabriqués comme des dispositifs à ferrite indépendants. Aussi les sous-ensembles émetteur/récepteur hyperfréquences utilisés dans les radars et les applications de télécommunications ont tendance à éviter leur utilisation en les remplaçant par d’autres solutions : diodes, MEMS...
Un circulateur est classiquement constitué d’une partie en ferrite, le plus souvent un disque, d’un aimant permanent placé au plus près du ferrite et de pistes métalliques permettant la propagation de l’onde électromagnétique. Dans un circulateur à 3 ports, les pistes métalliques forment un Y pour respecter la symétrie à 120°. La figure 2 illustre un circulateur 3 ports avec une voie 1, une voie 2 et une voie 3 matérialisées par des pistes métalliques Pi, le noyau en ferrite magnétique 10, couplé à un aimant 12.
Pour augmenter les performances d’isolation, les fabricants proposent des composants dits à 2 cellules constitués de 2 circulateurs reliés par un des ports. La figure 3a montre une telle configuration de deux cellules comprenant un noyau ferrite magnétique activées par des aimants 12. La première cellule comprend deux voies d’accès 1 et 2, la seconde cellule comportant deux voies d’accès 3 et 4, matérialisées par des pistes métalliques Pi, l’une de ces pistes métalliques assurant la liaison entre les deux cellules.
Pour réduire la désaimantation de chaque cellule due à la proximité des aimants 12, il est préférable que chaque circulateur soit aimanté en sens inverse, comme illustré en figure 3b.
La figure 4 illustre l’interconnexion d’un circulateur double cellule dans un module Radar d’émission-réception, l’émetteur comprenant un HPA pour « High Power Amplifier » et le récepteur comprenant un LNA pour « Low Noise Amplifier ». Dans cette configuration, sur l’un des ports, par exemple celui de la voie 2, une charge 50 Ω est connectée. De cette manière, l’isolation côté émetteur est renforcée ce qui permet un meilleur contrôle du signal d’émission. L’amélioration des performances d’isolation due à la présence d’une double cellule est cependant obtenue au détriment de la surface occupée par le composant qui est multipliée par deux.
Dans ce contexte, et pour résoudre notamment le problème précité, la présente invention a pour objet une solution permettant de réduire l’encombrement des circulateurs et notamment la surface occupée par le composant sur les cartes hyperfréquences.
Plus précisément la présente invention a pour objet un circulateur hyperfréquence comprenant au moins : - la superposition d’une première cellule et d’une seconde cellule, chaque cellule comportant : o un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique ; o au moins deux pistes d’accès et une piste de liaison jointes entre elles au niveau du noyau de matériau ferrite, sur une face active de la cellule ; - au moins une connexion de cellules permettant de relier électriquement ladite piste de liaison de ladite première cellule à ladite piste de liaison de ladite seconde cellule. - ladite superposition comprenant un plan de masse situé entre lesdites faces actives desdites cellules.
Selon des variantes de l’invention, les cellules comprennent une ou des couches de matériau ferrite/matériau diélectrique ou faiblement magnétique cofrittées.
Selon des variantes de l’invention, les cellules comprennent un empilement des couches de matériau ferrite/matériau diélectrique ou faiblement magnétique cofrittées. Dans ce cas, chaque couche comprend un noyau de matériau ferrite, entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique.
Selon des variantes de l’invention, ladite connexion de cellules comprend au moins un via conducteur principal traversant ladite première cellule et ladite seconde cellule.
Selon des variantes de l’invention, le circulateur hyperfréquence comporte une structure triplaque comprenant : - un plan de masse supérieur ; - une première cellule ; - une seconde cellule ; - un plan de masse inférieur.
Dans une configuration triplaque, la première cellule peut être recouverte par un ensemble comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique, la seconde cellule étant recouverte par un ensemble comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique. Ainsi les pistes d’accès et les pistes de liaison sont enterrées dans ladite structure triplaque.
Selon des variantes de l’invention, lesdites cellules comprennent en outre des via conducteurs secondaires débouchant sur le ou les plan(s) de masse et répartis autour dudit via conducteur principal, permettant d’assurer un blindage autour de la connexion RF desdites cellules.
Selon des variantes de l’invention, le circulateur hyperfréquence comprend au moins un aimant rapporté sur au moins une cellule ou sur un des plans de masse supérieur ou inférieur.
Selon des variantes de l’invention, le matériau ferrite est de structure grenat.
Selon des variantes de l’invention, le matériau ferrite de structure grenat répond à la formule chimique suivante :
YaTRbBib'FOcAlcilneCafCugZrhVjCOjSikOi2±Y avec TR ; une terre rare ou une combinaison de terres rares et ; -1 - y -1 ; 3 (a+b+b’+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24±2γ ; 1 < a < 3,5 ; 0<b< 1,5 ; 0 < b’ < 1 ; 4 < c < 5 ; 0<d< 1,5 ; 0 <e < 0,8 ; 0<f< 1; 0 < g < 0,05 ; 0<h<1 0 < i < 0,8 ; 0 < j < 0,5 ; 0 < k < 0,5. avec b + d < 1.
Selon des variantes de l’invention, le matériau diélectrique ou faiblement magnétique est un matériau de structure grenat à faible aimantation magnétique.
Selon des variantes de l’invention, le matériau de structure grenat à faible aimantation magnétique répond à la formule chimique suivante :
YaTRbBib'FecAldlneCafCugZrhViCOjSikO^tY avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et : -1 =£ Y =£ 1 ; 3 (a+b+b’+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24±2γ 1 <a<3,5 ; 0 < b< 1,5 ; 0 < b’ < 1 ; 4 c £ 5 ; 0 <d < 1,5 ; 0 < e < 0,8 ; 0 <f < 1; Ο < g < 0,05 ; Ο < h < 1 Ο < i < 0,8 ; Ο < j < 0,5 ; Ο < k < 0,5. avec b + d > 1,2. L’invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d’un circulateur hyperfréquence selon l’invention comprenant : - la réalisation d’une première structure comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique et d’une seconde structure comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique ; - la réalisation de pistes d’accès et de liaison sur l’une des faces dite active de ladite première structure et sur l’une des faces dite active de ladite seconde structure ; - la réalisation d’un plan de masse sur l’une des faces opposées à l’une des faces actives desdites structures ; - l’assemblage de ladite première structure et de ladite seconde structure ; - la réalisation d’une connexion entre la piste de liaison de ladite première structure et la piste de liaison de ladite seconde structure.
Selon des variantes de l’invention, le procédé comprend la réalisation d’au moins un via conducteur dans ledit assemblage pour obtenir ladite connexion entre la piste de liaison de ladite première structure et la piste de liaison de ladite seconde structure.
Selon des variantes de l’invention, le procédé comprend la réalisation d’une première structure comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique et d’une seconde structure comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique effectuée par assemblage de pièces usinées de matériau ferrite et de matériau diélectrique.
Selon des variantes de l’invention, le procédé comprend la réalisation d’une première structure comprenant un noyau de matériau ferrite entouré d’un matériau diélectrique ou faiblement magnétique et d’une seconde structure comprenant un noyau de matériau ferrite entouré d’un matériau diélectrique ou faiblement magnétique effectuée par cofrittage d’un empilement multicouches, chacune des couches comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique.
Ainsi, ce procédé de la présente invention permet de réaliser de manière collective et automatique des circulateurs double cellules présentant une surface d’implantation deux fois plus petite que celle de l’état de l’art.
Ce procédé de coffrittage d’empilement multicouches particulièrement intéressant peut notamment comprendre les étapes suivantes : - la réalisation de bandes de matériau ferrite et de matériau diélectrique ou faiblement magnétique par coulage ; - la découpe desdites bandes ; - la réalisation d’au moins un via ; - le remplissage d’au moins ledit via avec une encre métallique, le métal pouvant être de l’argent, de l’or, ou un alliage d’argent et de palladium Ag-Pd ; - la réalisation de pistes d’accès et de liaison jointes entre elles au niveau du noyau de matériau ferrite sur un sous-ensemble de bandes et de plans de masse sur certaines autres bandes; - l’empilement desdites bandes par pressage à chaud ; - le cofrittage dudit empilement.
Avantageusement le matériau diélectrique ou faiblement magnétique mis en oeuvre dans le procédé de la présente invention peut répondre à la formule suivante :
YaTRbBib’FecAlc]lneC3fCugZrhViC0jSik0-i2±Y avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et : -1 - Y- 1 ; 3 (a+b+b’+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24+2γ 1 <a<3,5 ; 0<b< 1,5 ; 0 < b’ < 1 ; 4 < c 5 ; 0<d < 1,5 ; Ο < e < 0,8 ; Ο <f < 1; Ο < g < 0,05 ; Ο < h < 1 Ο < i < 0,8 ; Ο < j < 0,5 ; Ο < k < 0,5. avec b + d £ 1,2.
Avantageusement, le matériau ferrite mis en œuvre dans le procédé de la présente invention peut être de structure grenat et répondre à la formule suivante :
YaTRbBib’FecAldlneCafCugZrhViCOjSikO-i2±Y avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et : -1 Y 1 ; 3 (a+b+b’+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24±2γ ; 1 < a < 3,5 ; 0<b< 1,5 ; 0 < b’ < 1 ; 4 < c s 5 ; 0 <d < 1,5 ; 0<e<0,8 ; 0<f< 1; 0 < g < 0,05 ; 0<h< 1 0 < i < 0,8 ; 0 < j < 0,5 ; 0 < k < 0,5. avec b + d < 1. L’invention a également pour objet un circulateur hyperfréquence obtenu selon le procédé de fabrication de l’invention. L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 schématise le fonctionnement d’un circulateur hyperfréquence à trois ports dont un est isolé ; - la figure 2 schématise un circulateur hyperfréquence comprenant un ferrite ; - les figures 3a et 3b illustrent une vue de dessus et une vue en coupe d’un circulateur hyperfréquence double cellule de l’art antérieur utilisant un ferrite; - la figure 4 schématise l’intégration d’un circulateur hyperfréquence double cellule utilisant un ferrite dans une chaîne d’émission / réception ; - la figure 5 illustre une variante de circulateur hyperfréquence selon l’invention schématisé avec le plan de masse incorporé dans la superposition des deux cellules ; - la figure 6 illustre par des vues de dessus un mode de superposition des cellules utilisées dans une variante de circulateur hyperfréquence de l’invention ; - la figure 7 met en évidence la connexion entre les cellules superposées dans une variante de circulateur hyperfréquence de l’invention ; - la figure 8 illustre la même variante de circulateur hyperfréquence que celle illustrée en figure 7 et activée entre deux aimants rapportée sur un substrat ; - la figure 9 illustre une variante de circulateur hyperfréquence de type triplaque, selon l’invention. - La figure 10 illustre une variante de circulateur hyperfréquence de type triplaque selon l’invention.
De manière générale, le circulateur hyperfréquence double cellule de l’invention peut comprendre sans que cela soit restrictif, une configuration de circulateur en Y à trois voies, dont deux voies d’accès et une voie de liaison assurant une connexion RF entre les deux cellules. Ce type de circulateur comporte ainsi trois voies à 120° les unes des autres autour d'un corps central où se trouvent les éléments qui confèrent au circulateur sa non-réciprocité sous l’action d’un champ magnétique.
Le circulateur de la présente invention comporte la superposition de deux cellules comprenant chacune un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique. Chaque cellule comprend sur une de ses faces dite active des métallisations, comprenant des pistes reliées à des ports d’accès, et un piste de jonction, l’ensemble de ces pistes pouvant ainsi former une jonction Y et une connexion assurant la communication RF entre les deux cellules, la face opposée à la face active présentant un plan de masse, les deux cellules présentant ainsi un plan de masse mis en commun, une telle architecture permettant de réduire la surface occupée.
Selon une variante de l’invention schématisée en figure 5, le circulateur hyperfréquence comprend une première cellule C4 superposée à une seconde cellule C2. Chaque cellule comprend sur une de ses faces dite active, des métallisations, comprenant des pistes Pi réalisant respectivement les voies 1, 2, 3 et 4.
Chaque cellule comporte un noyau de matériau ferrite dont la surface est métallisée, reliée aux pistes 1, 2 et 5 (pour la première cellule) et reliée aux pistes 3, 4 et 5’ (pour la seconde cellule). Le circulateur double cellule comporte en outre une connexion Ci_2 reliant les voies 5 et 5’ sous forme de via conducteur traversant la première cellule et la seconde cellule. Le plan de masse schématisé par le plan Pm peut être constitué par exemple par la métallisation d’un des faces d’une des deux cellules et présentant une ouverture OPM.
Pour aimanter l’ensemble, un aimant non représenté sur la figure est reporté sur la face externe d’une des cellules, directement sur le disque de matériau ferrite métallisé ou bien à une distance prédéfinie, à l’aide d’une couche de matériau diélectrique faibles pertes servant « d’espaceur ».
La hauteur totale d’aimant nécessaire peut ainsi être inférieure au cas classique où les deux cellules sont dans le même plan pour les deux raisons suivantes : - en superposant les deux cellules, l’aimant qui aimante la première cellule aimante également la deuxième cellule ; - le coefficient démagnétisant de l’ensemble des deux disques de matériau ferrite superposés diminuant, le champ démagnétisant diminue également.
De cette manière, on peut diminuer la hauteur totale des deux cellules superposées, on diminue ainsi le volume total du composant
La superposition décrite précédemment peut être réalisée de manière classique par assemblage de pièces usinées ou à l’aide de la technologie de cofrittage multicouches.
Dans ce second cas, les étapes de fabrication sont les suivantes : - réalisation de bandes de ferrite et de diélectrique par coulage ; - découpe desdites bandes ; - réalisation des vias par exemple par une opération de poinçonnage ; - remplissage des vias avec une encre métallique cofrittable ; - métallisation par sérigraphie des jonctions Y et des plans de masse ; - empilement des bandes par pressage à chaud ; - cofrittage de l’empilement.
Les éléments réalisés par sérigraphie peuvent également être réalisés par jet d’encre.
Typiquement, les bandes coulées peuvent présenter une épaisseur d’une centaine de microns, l’épaisseur d’une structure présentant une épaisseur de quelques centaines de microns. Pour atteindre des épaisseurs de bandes de 500 microns, il est soit possible de disposer d’une unique bande de 500 microns d’épaisseur, soit de laminer 5 bandes de 100 microns.
Afin de réduire l’encombrement des cellules, il est possible de prévoir des ruptures d’axe au niveau des pistes métalliques comme montré sur la figure 6 qui illustre vues de dessus les faces actives de chacune des cellules. Afin de favoriser les accès des ports, il peut également être d’intérêt de ne pas positionner en regard les ports d’accès d’une cellule avec ceux de l’autre cellule, comme montré en figure 6 qui met en évidence les ports Pi et P2 de la première cellule Ci au niveau de deux côtés opposés et les ports P3 et P4 de la seconde cellule C2 sur un côté situé perpendiculairement aux côtés au niveau desquels sont positionnés les ports Pi et P2, les extrémités des voies référencées 5 et 5’ étant connectables par un via reliant P5 et P5’
Afin de réaliser la connexion RF entre les deux cellules, il peut avantageusement être prévu de réaliser au moins un via conducteur.
Des exemples de structure sont donnés ci-après. Dans ces structures, les connexions verticales sont réalisées à l’aide de vias blindés constitués d’un via principal entouré de plusieurs autres vias périphériques de blindage. Le via principal connecte les jonctions Y alors que les vias périphériques sont reliés au plan de masse incorporé dans la superposition.
Un exemple de circulateur de type microstrip ou micro-ruban est ainsi illustré en figure 7 qui met en évidence la connexion réalisée entre les pistes de liaison. Cette connexion de cellules est assurée par un ensemble de via conducteurs comprenant un via central principal VP, entouré de vias périphériques ViB. Le plan de masse peut être réalisé par métallisation d’une des faces d’une cellule préalablement élaborée en ayant pris la précaution de laisser une ouverture OP de manière à ce que le via principal ne soit pas en contact avec ledit plan de mass PM. La figure 8 illustre le réglage du circulateur grâce à la présence de deux aimants 12, disposés de part et d’autres des jonctions Y, l’ensemble étant reporté sur un substrat S, présentant une partie diélectrique Sd et une partie métallisée Sm et comportant des pistes de connexion Pj.
Les variantes illustrées en figure 7 et en figure 8 concernent des structures de type microstrip ou micro-ruban, mais le concept peut aussi s’appliquer pour des structures de type triplaque. Il suffit pour cela de rajouter des parties symétriques comme indiqué en figure 9. Ainsi on réalise plus précisément la séquence suivante : - On réalise des bandes de ferrite et de diélectrique (ou ferrite faiblement magnétique) à l’épaisseur souhaitée. On peut pour des raisons pratiques préférer laminer des couches de ferrite et de diélectrique pour obtenir l’épaisseur souhaitée. - On découpe un disque de ferrite qu’on insère dans le diélectrique après l’avoir percé. On réalise ainsi 4 ensembles. - Sur l’ensemble Cr, on métallisé une face. - Sur l’ensemble Ci, on métallisé une face et on dépose une jonction Y1 sur l’autre face. On réalise un via au niveau de la piste 5 (perforation + remplissage d’encre métallique). - Sur l’ensemble C2, on réalise une jonction Y2 et un via au niveau de la piste 5’. - Sur l’ensemble C2·, on métallisé uniquement une face.
On empile les ensembles de façon à avoir du haut vers le bas la structure suivante : plan de masse Pms - ensemble Cr avec jonction Y1 -ensemble Ci - plan de masse Pm - ensemble C2 avec jonction Y2 -ensemble C2 - plan de masse pmi, comme illustré en figure 9.
Les ensembles Ci et C2 ont un via d’encre métallique.
Le plan de masse 2 n’est pas métallisé sur toute la surface, pour laisser le passage du via reliant 5 et 5’. Pour les accès 1 2 3 4, la traversée des plans de masse est assurée en supprimant la métallisation autour des vias de connexion. Les accès 1 et 2 peuvent se trouver sur les faces perpendiculaires comme illustré en figure 10. Même si la hauteur du composant réalisé est augmentée, on parvient ainsi à réduire les dimensions dans le plan (diamètre du disque de matériau ferrite, largeur et longueur des pistes métalliques) et à améliorer les performances en termes d’isolation et de pertes d’insertion.
Plus précisément, cette configuration triplaque comporte quatre ensembles de noyau de ferrite entouré de matériau diélectrique. On réalise sur deux d’entre eux des jonctions Y, pour réaliser les cellules Ci et C2, sur les faces opposées aux faces comportant les jonctions Y, l’une des faces au moins est métallisée pour constituer le plan de masse interne référencé en figure 9, plan de masse Pm. La structure triplaque comporte de manière symétrique, deux autres ensembles Cr et C2· présentant également un noyau de ferrite entouré de matériau diélectrique non représenté. L’ensemble Cr est en regard de la cellule Ci, l’ensemble C2· est en regard de la cellule C2·.
Un plan de masse supérieur est réalisé sur la face externe de l’ensemble Cr, un plan de masse inférieur est réalisé sur la face externe de l’ensemble C2·. Les trois de plans de masse Pms, Pm et Pmî sont reliés entre eux par des vias conducteurs périphériques ViB, la connexion entre les jonctions Y des deux cellules est assurée par le via conducteur principal Vp.
Cette technologie de fabrication permet alors de réaliser des composants de type CMS : « Composant Monté en Surface » possédant des connexions Cxi sur une seule face qui peuvent être soudés de manière automatique.
Claims (17)
- REVENDICATIONS1. Circulateur hyperfréquence comprenant au moins : - la superposition d’une première cellule et d’une seconde cellule, chaque cellule comportant ; o un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique ; o au moins deux pistes d’accès et une piste de liaison jointes entre elles au niveau du noyau de matériau ferrite, sur une face active de la cellule ; o les cellules comprennent une ou des couches de matériau ferrite/matériau diélectrique ou faiblement magnétique cofrittées ; - au moins une connexion de cellules permettant de relier électriquement ladite piste de liaison de ladite première cellule à ladite piste de liaison de ladite seconde cellule. - ladite superposition comprenant un plan de masse situé entre lesdites faces actives desdites cellules.
- 2. Circulateur hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite connexion de cellules comprend au moins un via conducteur principal traversant ladite première cellule et ladite seconde cellule.
- 3. Circulateur hyperfréquence selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’ii comporte une structure triplaque comprenant ; - un plan de masse supérieur ; - une première cellule ; - une seconde cellule ; - un plan de masse inférieur.
- 4. Circulateur hyperfréquence selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première cellule est recouverte par un ensemble comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique, la seconde cellule étant recouverte par un ensemble comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique
- 5. Circulateur hyperfréquence selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdites cellules comprennent en outre des vias conducteurs secondaires débouchant sur le ou les plan(s) de masse et répartis autour dudit via conducteur principal.
- 6. Circulateur hyperfréquence selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins un aimant rapporté sur au moins une cellule ou sur un des plans de masse supérieur ou inférieur.
- 7. Circulateur hyperfréquence selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau ferrite est de structure grenat.
- 8. Circulateur hyperfréquence selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau ferrite de structure grenat répond à la formule chimique suivante : Y aTR^B ib'F ecAlal neCafCugZrhViCOjSikOip+y avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et : -1 < γ < 1 ; 3(a+b+b’+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24±2γ ; 1 < a < 3,5 ; 0 < b < 1,5 ; 0 < b’ < 1 ; 4 S c < 5 ; 0 < d 1,5 ; 0<e<0,8; Osfsl; 0 < g < 0,05 ; 0 s h z 1 0 <, i < 0,8 ; OsjsO.5; 0sks0,5. avec b + d s 1.
- 9. Circulateur hyperfréquence selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau diélectrique est un matériau de structure grenat à faible aimantation magnétique.
- 10. Circulateur hyperfréquence selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau de structure grenat à faible aimantation magnétique répond à la formule chimique suivante : YaTRhBihFefAldlnftCafCugZrhViCofSifcOi^Y avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et : -1 S y s 1 ; 3 (a+b+b’+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24±2γ 1 £ a £ 3,5 ; 0<b<1,5; 0<b’<1; 4 < c 5 5 ; 0<d<1,5; 0 < e < 0,8 ; 0sf<51; 0<g<0,05; 0<h<1 0 < i < 0,8 ; 0 < j < 0,5 ; 0<k<0,5. avec b + d s 1,2.
- 11. Procédé de fabrication d’un circulateur hyperfréquence selon l’une des revendications 1 à 10 comprenant : - la réalisation d’une première structure comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique et d’une seconde structure comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique ; - la réalisation de pistes d’accès et de liaison sur l’une des faces dite active de ladite première structure et sur l’une des faces dite active de ladite seconde structure ; - la réalisation d’un plan de masse sur l’une des faces opposées à l’une des faces actives desdites structures ; - l’assemblage de ladite première structure et de ladite seconde structure ; - la réalisation d'une connexion entre la piste de liaison de ladite première structure et la piste de liaison de ladite seconde structure.
- 12. Procédé de fabrication d’un circulateur hyperfréquence selon la revendication 11, comprenant la réalisation d’au moins un via conducteur dans ledit assemblage pour obtenir ladite connexion entre la piste de liaison de ladite première structure et la piste de liaison de ladite seconde structure.
- 13. Procédé de fabrication d’un circulateur hyperfréquence selon l’une des revendications 11 ou 12, comprenant la réalisation d’une première structure comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement diélectrique et d’une seconde structure comprenant un noyau de matériau ferrite entouré de matériau diélectrique ou faiblement magnétique, lesdites structures étant empilées, ladite réalisation étant effectuée par cofrittage d’un empilement multicouches,.
- 14. Procédé de fabrication d’un circulateur hyperfréquence selon la revendication 13 dans lequel le matériau diélectrique ou faiblement magnétique répond à la formule chimique suivante : YaTRbBibFeoAldlneCafCUgZrhVjCOjSikOiziY avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et ; 3 (a+b+b’+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24±2y 1 £ a £ 3,5 ; OS b S 1,5; 0 < b’ < 1 ; 4 S c < 5 ; 0 s d ï 1,5 ; 0 < e s 0,8 ; Osf<1; Ο < g < 0,05 ; 0<h < 1 Ο < i < 0,8 ; 0£j<0,5; 0<k<0,5. avec b + d £ 1,2.
- 15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 13 ou 14 dans lequel le matériau ferrite est de structure grenat et peut répondre à la formule chimique suivante : YaTRbBib’ FecAld lneCafC UgZrhVjCojSikO^ 2±γ avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares et : -1 £ Y 1 ; 3(a+b+b’+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5i = 24±2γ ; 1 s as 3,5; OSbS 1,5; 0<b’< 1 ; 4Scs5; 0sdsl,5; 0 s e < 0,8 ; 0<f< 1; 0 <g <0,05 ; 0 s h < 1 0 £ i < 0,8 ; 0<j<0,5; 0Sk<0,5. avec b + d s 1.
- 16. Procédé de fabrication d’un circulateur hyperfréquence selon l’une des revendications 13 à 15, comprenant les étapes suivantes : - la réalisation de bandes de matériau ferrite et de matériau diélectrique ou faiblement magnétique par coulage ; - la découpe desdites bandes ; - la réalisation d’au moins un via ; - le remplissage d’au moins ledit via avec une encre métallique ; - la réalisation de pistes d'accès et de liaison jointes entre elles au niveau du noyau de matériau ferrite sur un sous-ensembie de bandes et de plans de masse sur certaines autres bandes; - l'empilement desdites bandes par pressage à chaud ; - le cofrittage dudit empilement.
- 17. Circulateur hyperfréquence obtenu selon le procédé de fabrication d’une des revendications 11 à 16.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1601002A FR3053162B1 (fr) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | Circulateur hyperfrequence double cellules a faible encombrement et procede de fabrication |
ES17177380T ES2913125T3 (es) | 2016-06-23 | 2017-06-22 | Circulador de microondas de doble celda compacto y procedimiento de fabricación |
EP17177380.7A EP3261170B1 (fr) | 2016-06-23 | 2017-06-22 | Circulateur hyperfréquence double cellules à faible encombrement et procédé de fabrication |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1601002 | 2016-06-23 | ||
FR1601002A FR3053162B1 (fr) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | Circulateur hyperfrequence double cellules a faible encombrement et procede de fabrication |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3053162A1 FR3053162A1 (fr) | 2017-12-29 |
FR3053162B1 true FR3053162B1 (fr) | 2019-11-22 |
Family
ID=57396497
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR1601002A Active FR3053162B1 (fr) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | Circulateur hyperfrequence double cellules a faible encombrement et procede de fabrication |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3261170B1 (fr) |
ES (1) | ES2913125T3 (fr) |
FR (1) | FR3053162B1 (fr) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11843152B2 (en) * | 2020-12-04 | 2023-12-12 | Skyworks Solutions, Inc. | Surface mount microstrip circulators using a ferrite and ceramic dielectric assembly substrate |
US11848472B2 (en) | 2021-08-17 | 2023-12-19 | Skyworks Solutions, Inc. | Differential circulator |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3781704A (en) * | 1972-03-30 | 1973-12-25 | Cutler Hammer Inc | High isolation circulator arrangement for low noise reflection type amplifiers |
JP3173596B2 (ja) * | 1998-10-23 | 2001-06-04 | 日本電気株式会社 | マイクロ波・ミリ波回路装置 |
SE0101042D0 (sv) * | 2001-03-23 | 2001-03-23 | Ericsson Telefon Ab L M | Circulator and network |
DE10127359A1 (de) * | 2001-06-06 | 2002-12-12 | Siemens Ag | Zirkulator-Bauelement |
US7256661B2 (en) * | 2005-04-08 | 2007-08-14 | The Boeing Company | Multi-channel circulator/isolator apparatus and method |
FR2965393B1 (fr) * | 2010-09-27 | 2012-09-14 | Thales Sa | Ferrite grenat d'yttrium-fer, et son procede de fabrication, composant hyperfrequences l'incluant et leurs procedes de fabrication |
US9136572B2 (en) * | 2013-07-26 | 2015-09-15 | Raytheon Company | Dual stripline tile circulator utilizing thick film post-fired substrate stacking |
-
2016
- 2016-06-23 FR FR1601002A patent/FR3053162B1/fr active Active
-
2017
- 2017-06-22 ES ES17177380T patent/ES2913125T3/es active Active
- 2017-06-22 EP EP17177380.7A patent/EP3261170B1/fr active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3053162A1 (fr) | 2017-12-29 |
ES2913125T3 (es) | 2022-05-31 |
EP3261170B1 (fr) | 2022-04-06 |
EP3261170A1 (fr) | 2017-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2510574B1 (fr) | Dispositif de transition hyperfréquence entre une ligne à micro-ruban et un guide d'onde rectangulaire | |
CA2869648A1 (fr) | Repartiteur de puissance compact bipolarisation, reseau de plusieurs repartiteurs, element rayonnant compact et antenne plane comportant un tel repartiteur | |
EP2022129B1 (fr) | Circulateur radiofrequence ou hyperfrequence | |
EP3602689B1 (fr) | Antenne electromagnetique | |
EP1995740B1 (fr) | Structure inductive plane | |
FR3053162B1 (fr) | Circulateur hyperfrequence double cellules a faible encombrement et procede de fabrication | |
EP1964204B1 (fr) | Boitier avec fonction accordable en frequence | |
EP3136499B1 (fr) | Système diviseur/combineur pour onde hyperféquence | |
EP1312116A1 (fr) | Procede de blindage et/ou de decouplage repartis pour un dispositif electronique a interconnexion en trois dimensions | |
FR2704357A1 (fr) | Eléments électroniques intégrés à caractéristiques électriques variables, en particulier pour hyperfréquences. | |
EP0616490B1 (fr) | Dispositif électronique miniaturisé, notamment dispositif à effet gyromagnétique | |
WO2010122074A1 (fr) | Dispositif d'amplification de puissance à encombrement réduit | |
EP4156406A1 (fr) | Microcircuit à guide d'onde intégré | |
EP2083470B1 (fr) | Composant électronique à montage en surface à connexion électrique positionnée avec précision | |
EP3721501B1 (fr) | Composant micro-ondes et procédé de fabrication associé | |
EP2432072A1 (fr) | Symétriseur large bande sur circuit multicouche pour antenne réseau | |
EP1376758B1 (fr) | Antenne pastille compacte avec un moyen d'adaptation | |
FR3091046A1 (fr) | Antenne microruban élémentaire et antenne réseau | |
EP2932555B1 (fr) | Structures de filtrage hyperfrequence | |
EP3420644B1 (fr) | Circuit imprimé en technologie uniplanaire | |
EP1727231A1 (fr) | Composant microélectronique intégré pour filtrage du bruit électromagnétique et circuit de transmission radiofréquence le comportant | |
KR20210122636A (ko) | 마이크로스트립형 아이솔레이터 및 그 제조방법 | |
FR2680281A1 (fr) | Element de circuit pour hyperfrequences. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20171229 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 8 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 9 |