WO2010097535A1 - Dispositif de liaison mecanique et electrique pour un cable coaxial transportant un signal haute frequence - Google Patents

Dispositif de liaison mecanique et electrique pour un cable coaxial transportant un signal haute frequence Download PDF

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WO2010097535A1
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WO
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mechanical
electrical connection
ground plane
connection device
coaxial cable
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/050267
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English (en)
Inventor
Jean-Pierre Harel
Patrick Lecam
Gérard JACOB
Original Assignee
Alcatel Lucent
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/085—Coaxial-line/strip-line transitions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08—Microstrips; Strip lines
    • H01P3/085—Triplate lines

Definitions

  • the present invention relates to a device for establishing a mechanical and electrical connection between a coaxial cable carrying a high frequency signal and a circuit comprising multilayer lines of microstrip or microband type ("microstrip” in English) or triplate type ( "stripline” in English).
  • This mechanical and electrical connection device may belong for example to a radio frequency module fixed in a base station equipment bay.
  • a conductive grounded surface commonly referred to as a ground plane
  • a ground plane is disposed on one of the faces of a planar dielectric substrate.
  • a conductive track is disposed on the other side of the dielectric substrate.
  • the microstrip lines are generally in the form of a printed circuit board on one side of a dielectric substrate, the opposite face of which is metallized and connected to the earth constitutes the ground plane.
  • a triplate type configuration two continuous conductive plates connected to the earth are arranged parallel to each other on either side of a conductive track. Each conductive plate is isolated from the conductive track by a dielectric layer.
  • a system is most often used. screw-nut type at the connector.
  • the outer conductor of the coaxial cable is welded to a conductive part, itself kept in electrical and mechanical contact with the ground plane of the multilayer line by means of screws, nuts, studs, etc., or any other another means capable of ensuring a stable positioning of the junction in a constraining environment.
  • the ground plane may be of non-weldable material, such as aluminum.
  • the inner inner conductor of the coaxial cable is then soldered to the conductive track of the microstrip or triplate line.
  • This solution has the advantage of being dismantled in case of repair or change of room.
  • this assembly is complex and expensive.
  • the material of the ground plane can be welded (brass, copper, tin, etc. or metal veneer). This solution is therefore more expensive, especially for large circuits, and is no longer as easily removable.
  • the present invention aims to eliminate the disadvantages of the prior art.
  • the invention proposes a mechanical and electrical connection device between a coaxial cable carrying a high frequency signal and a multilayer line (microstrip or triplate) which is inexpensive, easy and quick to set up, while ensuring an electrical connection. reliable for use in the radio frequency domain.
  • the object of the present invention is a mechanical and electrical connection device between a multilayer line, comprising a conductive track and at least one ground plane, and a coaxial cable carrying a high frequency signal comprising an inner conductor and an outer conductor, the mechanical and electrical connection device comprising
  • a means of electrical connection between the coaxial cable and the ground plane of the multilayer line comprising a conductive surface disposed facing the ground plane of the multilayer line from which it is separated by a layer of dielectric material, so as to establish a capacitive electrical connection between the conductive surface and the ground plane, and
  • a mechanical fixing means comprising at least one relief made of dielectric material capable of being inserted into an adapted orifice formed in the ground plane.
  • the mechanical and electrical connection device according to the invention allows galvanic isolation by eliminating any direct contact between the different parts acting as a ground plane in radio frequency use.
  • the connection between ground planes is carried out by capacitive coupling, made by putting vis-à-vis (but without direct contact) layers of conductive materials.
  • the present invention allows a fast and efficient positioning of the various components of the mechanical and electrical connection device.
  • the conductive surface is electrically connected to the external conductor.
  • the mechanical fixing means comprises at least one relief of dielectric material adapted to be inserted into a fitted orifice formed in the ground plane.
  • the reliefs are in the form of hooks which allow rapid assembly by snapping into a hole of suitable size of the ground plane.
  • the reliefs have the form of pins for positioning the mechanical and electrical connection device vis-à-vis the ground plane.
  • Fixing the mechanical and electrical connection device may be made by nuts, bolts and / or rivets for example plastic.
  • the invention also proposes a method of rapid assembly between a coaxial cable carrying a high frequency signal and a multilayer line by means of the mechanical and electrical connection device according to the invention.
  • the method comprises the following steps:
  • the external conductor of the coaxial cable is electrically connected to the conductive surface of the mechanical and electrical connection device
  • a layer of dielectric material is arranged on the conductive surface of the mechanical and electrical connection device,
  • the inner conductor of the coaxial cable is electrically connected to the conductive track of the multilayer line.
  • the conductive surface of the mechanical and electrical connection device is electrically connected to the outer conductor of the coaxial cable by welding or brazing. More preferably the mechanical and electrical connection device is mechanically connected to the ground plane by means of at least one relief of dielectric material adapted to be inserted into a fitted orifice formed in the ground plane.
  • the mechanical and electrical connection device is mechanically connected to the ground plane by latching the hook-shaped reliefs in a fitted orifice formed in the ground plane.
  • the mechanical and electrical connection device is mechanically connected to the ground plane by insertion of the pion-shaped reliefs in a fitted orifice formed in the ground plane.
  • the present invention has the advantage of allowing inexpensive and fast assembly of the components involved.
  • the solder is removed from the ground plane on the mechanical and electrical connection device by replacing it with a capacitive electrical connection.
  • the ground plane can then be made of a material which is not necessarily weldable, therefore of lower cost.
  • connection is made with fasteners of dielectric material.
  • the connection can in particular be made by snapping a relief, by clamping by means of clips, or by positioning by means of pins and fixing. The method according to the invention allows a fast, precise and safe assembly.
  • FIG. 1 schematically represents a junction made by means of a mechanical and electrical connection device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the mechanical and electrical connection device of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a perspective view of a second embodiment of the mechanical and electrical connection device according to the invention,
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the components of the mechanical and electrical connection device of FIG. 3;
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the components of the assembly of a coaxial cable to the mechanical connection device. and electrical of Figure 3,
  • FIG. 6 is a perspective view of the assembly of a cable coaxial with the mechanical and electrical connection device of FIG. 3;
  • FIG. 7 is a perspective view of the assembly of FIG. ground plane,
  • FIG. 8 is a perspective view of the assembly of FIG. 6 placed between two ground planes
  • FIG. 9 is a perspective view of a third embodiment of the mechanical and electrical connection device according to the invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of the components of the mechanical and electrical connection device of FIG. 9;
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of the components of the assembly of a coaxial cable to the mechanical connection device. and electrical of Figure 9,
  • FIG. 12 is a perspective view of the assembly of a cable coaxial with the mechanical and electrical connection device of FIG. 9;
  • FIG. 13 is a perspective view of the assembly of FIG. ground plane,
  • FIG. 14 is a perspective view of the assembly of FIG. 12 placed between two ground planes;
  • FIGS. 15a and 15b are respectively a view from above and a side view of a third embodiment of a mechanical and electrical connection device according to the invention
  • FIGS. 16a and 16b are respectively a view from above and a side view of a fourth embodiment of a mechanical and electrical connection device according to the invention
  • FIGS. 17a and 17b are respectively a view from above and a side view of a fifth embodiment of a mechanical and electrical connection device according to the invention.
  • FIGS. 18a and 18b are respectively a view from above and a side view of a sixth embodiment of a mechanical and electrical connection device according to the invention
  • FIGS. 19a and 19b respectively show the evolution of the input impedance matching E and its insertion loss A, expressed in dB and plotted on the ordinate, as a function of the frequency v between 100 MHz and 4 GHz on the abscissa, for increasing values of the thickness of the dielectric layer.
  • a coaxial cable 1 comprising an internal metallic central conductor 2, an external conductor 3 supplied with alternating current , often having the appearance of a metal braid or metallized, and a layer of dielectric material 4 placed between the two conductors 2, 3.
  • the cable 1 is connected to a multilayer line 5 of triplate type comprising a conductive track 6 taken sandwiched between two conductive surfaces 7.
  • the conductive surfaces 7, metallic or metallized, and connected to the earth, constitute the ground planes of the multilayer line 5.
  • the conductive track 6 is separated from the conductive surfaces 7 placed on both sides. another by a dielectric layer 8, here air, ensuring a galvanic isolation.
  • the inner conductor 2 of the coaxial cable 1 is electrically connected to the conductive track 6 of the multilayer line 5, for example by welding.
  • the mechanical and electrical connection device according to a first embodiment of the invention, comprises a conductive connecting body 9 in the form of a coated U-shape, the outer face of the branches of the U being covered with a layer of a dielectric material 10 which insulates the connection body 9 of the ground plane 7 to avoid direct contact metal-metal.
  • the outer conductor 3 of the coaxial cable 1 is electrically connected to the connection body 9, for example by welding.
  • the mechanical and electrical connection device also comprises a fixing piece 11 made of dielectric material comprising, on either side, reliefs 12 adapted to snap into openings provided for this purpose in the ground planes 7, in order to simultaneously position and fix the mechanical and electrical connection device on the ground planes 7.
  • FIGS. 3 and 4 which illustrate a second embodiment of the mechanical and electrical connection device according to the invention, will now be considered.
  • the mechanical and electrical connection device 30 consists of a connection body 31, an insulating element 32 and a fastener 33.
  • the connecting body 31 has the shape of a lying down U.
  • the connection body 31 is made of conductive material, such as brass, copper, etc., or else any other material covered with a conductive material such as tin, silver, gold, etc.
  • the two branches 34 of the U are coupling surfaces vis-à-vis a ground plane
  • the portion 35 between the two branches 34 of the U comprises an opening 36 for the passage of the inner conductor of a coaxial cable.
  • the insulating element 32 is U-shaped lying in the opposite direction of the connection body 31, so as to be able to position around the connection body 31.
  • the two branches 37 of the insulating element 32 thus cover the two branches 34 of the connection body 31 respectively to form a dielectric layer insulating the connection body 31 of the ground planes arranged on either side.
  • the portion 38 located between the two branches 37 of the U comprises an opening 39 for the passage of the coaxial cable.
  • the insulating element 32 is made of a dielectric material such as a polymer such as polyethylene.
  • the fastener 33 comprises a core 40 adapted to be inserted inside the connection body 31, bearing reliefs 41 in the form of a hook that project upwards and downwards towards the ground planes. Notches 42 and 43 are formed respectively on each edge of the branches 34 of the connection body 31 and the branches 37 of the insulating element 32 for the passage of the reliefs 41. The hooks 41 together retain by spring effect the connecting body 31 and the insulating element 32.
  • the core 40 is shaped so as to serve as a guide and support for the coaxial cable.
  • the fastener 33 is made of dielectric material, for example a plastic. Once the fastener 33 inserted into the connection body 31, the insulating member 32 coming to cover the assembly, the mechanical and electrical connection device according to this embodiment of the invention is compact as shown in FIG. 4 , and has the mechanical strength necessary for its function.
  • the connecting body and the fastener can be made in one piece in a single piece made of dielectric material, some surfaces being covered with metal to form coupling surfaces.
  • the insulating element can be reduced to an insulating film deposited on the conductive surfaces, provided that there is effective insulation between the conductive surface and the ground plane placed in facing relation.
  • a sheet of dielectric material may be bonded to each conductive surface.
  • FIGS. 5 and 6 show how the mechanical and electrical connection device represented in FIGS. 3 and 4 cooperates with a coaxial cable 50 comprising an inner conductor 51 and an outer conductor 52 separated by a dielectric layer 53, the assembly being protected by an insulating sheath 54 of dielectric material such as polyethylene (PE) or polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PE polyethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • connection between a coaxial cable 50 and a multilayer line begins by establishing an electrical continuity between the outer conductor 52 of the cable 50 and the connecting body 31, for example by welding, leaving the inner conductor pass 51 through the orifice 36.
  • the fastener 33 By sliding along the cable 50, is then inserted the fastener 33 inside the connecting body 31 by positioning the reliefs 41 of the fastener 33 in the notches 42 of the body of connection 31.
  • the insulating element 32 is threaded onto the cable through the orifice 39 and slid so as to cover the connection body 31, the notches 43 of the connection body 31 coming to be placed on the reliefs 41 of the connecting piece. fixing 33.
  • FIG. 7 shows a mechanical and electrical connection device according to the embodiment of FIGS. 3 to 6 in a fixed position on a ground plane of a multilayer line of microstrip or microstrip type.
  • the mechanical and electrical connection device 70 enclosing a coaxial cable 71 is placed on a conductive surface 72 constituting the ground plane of a multilayer line of microstrip type.
  • the reliefs 73 of the fastener insert into orifices 74 of the ground plane and retain it by spring effect, to maintain the mechanical and electrical connection device attached to the ground plane.
  • FIG. 8 shows a mechanical and electrical connection device according to the embodiment of FIGS. 3 to 6 in a fixed position on a multilayer line of triplate type.
  • the mechanical and electrical connection device 80 enclosing a coaxial cable 81 is interposed between two conductive surfaces 82 constituting the ground planes of a multilayer line of triplate type.
  • the hook-shaped reliefs 83 of the fastener insert into orifices 84 of the ground planes and hold them by spring effect, to maintain the mechanical and electrical connection device attached to the two ground planes of the part and the ground plane. other.
  • FIGS. 9 and 10 which illustrate a third embodiment of the mechanical and electrical connection device according to the invention, will now be considered.
  • the mechanical and electrical connection device 90 consists of a connection body 91, an insulating element 92 and a fastener 93.
  • This third embodiment differs from the second embodiment in that the fastener 93 comprises a core 94 adapted to be inserted inside the connection body 91, bearing protrusions 95 in the form of pins for positioning the mechanical and electrical connection device 90 vis-à-vis the ground planes.
  • Notches 96 and 97 are formed respectively on the connection body 91 and on the insulating element 92 for the passage of the positioning pins 95.
  • Figures 11 and 12 show how the mechanical and electrical connection device shown in Figures 9 and 10 cooperates with a coaxial cable 100 comprising an inner conductor 101 and an outer conductor 102.
  • the cable 100 enters the mechanical and electrical connection device through the orifice 103 of the insulating element 104.
  • the cable 100 is guided by the fastener 105 placed inside the connecting body 106, so that the inner conductor 101 exits through the hole 107 of the connection body 106.
  • FIG. 13 shows a mechanical and electrical connection device according to the embodiment of FIGS. 9 to 12 in a fixed position on a ground plane of a multilayer line of microstrip or microstrip type.
  • the mechanical and electrical connection device 130 enclosing a coaxial cable 131 is placed on a conductive surface 132 constituting the ground plane of a multilayer line of microstrip type.
  • the reliefs 133, forming positioning pins, of the fastening piece 134 fit into orifices 135 of the ground plane.
  • FIG. 14 shows a mechanical and electrical connection device according to the embodiment of FIGS. 9 to 12 in a fixed position on a multilayer line of triplate type.
  • the mechanical and electrical connection device enclosing a coaxial cable 140 is interposed between two conductive surfaces 141, 142 constituting the ground planes of a multilayer line of triplate type.
  • the positioning pins 143 of the fastening part of the mechanical and electrical connection device are inserted into orifices 144 of the ground planes.
  • the junction of the coaxial cable 140 provided with its mechanical and electrical connection device with the triplate line. We first insert two positioning pins 143 of the fastener into openings 144 provided for this purpose in the first of the two ground planes of the strip line.
  • the electrical conductor of the coaxial cable 140 is then electrically connected to the conductive track of the triplate line.
  • Figures 15a to 18b show different form variants of the connection body.
  • FIGS. 15a and 15b show an alternative embodiment in which the connection body 150 has a coated P-shape having two surfaces 151 and 152 for capacitive coupling with the ground planes located above and below the connection device mechanical and electrical.
  • FIGS. 16a and 16b show an alternative embodiment in which the connecting body 160 has an N-shape extending by two surfaces 161 and 162 outward facing for capacitive coupling with ground planes above and below the mechanical and electrical connection device.
  • FIGS. 17a and 17b show an alternative embodiment in which the connection body 170 has an N-shaped shape that is extended by two inwardly facing surfaces 171 and 172 for capacitive coupling with the ground planes located above and below below the mechanical and electrical connection device.
  • FIGS. 18a and 18b show an alternative embodiment according to which the connection body 180 has the shape of an open recumbent anvil at one end having two surfaces 181 and 182, composed of two sections 181a, 181b and 182a, 182b respectively , for capacitive coupling with the ground planes above and below the mechanical and electrical connection device.
  • FIG. 19a shows the variation of the input impedance matching E of the junction with respect to an impedance of 50 Ohms, for increasing values of the thickness of a polyethylene dielectric layer.
  • the curve 190 serves as a reference and corresponds to the case where the ground planes are in direct electrical contact.
  • the curves 191, 192 and 193 show this evolution for thicknesses of 0.1 mm, 0.2 mm and 0.3 mm respectively.
  • Figure 19b shows the insertion loss A versus frequency v for increasing values of the thickness of a polyethylene dielectric layer.
  • the curve 194 serves as a reference and corresponds to the case where the ground planes are in direct electrical contact.
  • Curves 195, 196 and 197 show the evolution for thicknesses of 0.1 mm, 0.2 mm and 0.3 mm, respectively, over the radio frequency range from 0.1 GHz to 4 GHz.
  • the capacitive coupling will be all the more effective if the thickness of the dielectric layer is small.
  • the optimum thickness of the dielectric layer depends on the dielectric constant of the material used. It is also known that the capacitive coupling will be more effective than the coupling surface will be important.
  • the thickness of the dielectric layer and the coupling surface must be optimized according to the working frequency range, including the center frequency and the frequency band range.

Abstract

La présente invention a pour objet un dispositif de liaison mécanique et électrique entre une ligne multicouche, comprenant une piste conductrice et au moins un plan de masse, et un câble coaxial transportant un signal haute fréquence comprenant un conducteur interne et un conducteur externe, le dispositif de liaison mécanique et électrique comportant : un moyen de connexion électrique entre le câble coaxial et le plan de masse de la ligne multicouche comprenant une surface conductrice disposée en regard du plan de masse de la ligne multicouche dont elle est séparée par une couche de matériau diélectrique, de manière à établir une liaison électrique capacitive entre la surface conductrice et le plan de masse; et un moyen de fixation mécanique comprenant au moins un relief en matériau diélectrique apte à s'insérer dans un orifice adapté ménagé dans le plan de masse.

Description

Dispositif de liaison mécanique et électrique pour un câble coaxial transportant un signal haute fréquence
La présente invention se rapporte à un dispositif permettant d'établir une liaison mécanique et électrique entre un câble coaxial transportant un signal haute fréquence et un circuit comprenant des lignes multicouches de type microruban ou microbande ("microstrip" en anglais) ou de type triplaque ("stripline" en anglais). Ce dispositif de liaison mécanique et électrique peut appartenir par exemple un module radiofréquence fixé dans une baie d'équipement de station de base.
Dans le cas d'une configuration de type microruban, une surface conductrice reliée à la terre, communément dénommée plan de masse ("ground plane" en anglais), est disposée sur l'une des faces d'un substrat diélectrique plan. Sur l'autre face du substrat diélectrique est accolée une piste conductrice. Les lignes microrubans se présentent généralement sous la forme d'un circuit imprimé plaqué sur une face d'un substrat diélectrique, dont la face opposée métallisée et reliée à la terre constitue le plan de masse.
Dans une configuration de type triplaque, deux plaques conductrices continues reliées à la terre sont disposées parallèlement de part et d'autre d'une piste conductrice. Chaque plaque conductrice est isolée de la piste conductrice par une couche diélectrique. Pour assurer la fonction de continuité électrique entre une couche conductrice du câble coaxial reliée à la terre d'une part et d'autre part le plan de masse d'une ligne microruban ou d'une ligne triplaque, on utilise le plus souvent un système de type vis- écrou au niveau du connecteur. Le plus souvent, le conducteur externe du câble coaxial est soudé sur une pièce conductrice, elle-même maintenue en contact électrique et mécanique avec le plan de masse de la ligne multicouche au moyen de vis, écrous, goujons, etc .. ou de tout autre moyen apte à assurer un positionnement stable de la jonction dans un environnement contraignant. Le plan de masse peut être en matériau non-soudable, comme par exemple en aluminium. Le conducteur interne central du câble coaxial est ensuite soudé à la piste conductrice de la ligne microruban ou triplaque. Cette solution a l'avantage de pouvoir être démontée en cas de réparation ou de changement de pièce. Cependant cet assemblage est complexe et coûteux. Selon une solution améliorée, il est possible de souder directement le conducteur externe du câble coaxial sur le plan de masse de la ligne multicouche à condition d'en adapter la forme par exemple par découpe et/ou pliage. Dans ce cas il est indispensable que le matériau du plan de masse puisse être soudé (laiton, cuivre, étain, etc .. ou placage métallique). Cette solution est de ce fait plus coûteuse, en particulier pour les circuits de grande dimension, et n'est plus aussi facilement démontable.
La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur.
En particulier l'invention propose un dispositif de liaison mécanique et électrique entre un câble coaxial transportant un signal haute fréquence et une ligne multicouche (microruban ou triplaque) qui soit peu coûteux, facile et rapide à mettre en place, tout en assurant une jonction électrique fiable pour une utilisation dans le domaine radiofréquence.
L'objet de la présente invention est un dispositif de liaison mécanique et électrique entre une ligne multicouche, comprenant une piste conductrice et au moins un plan de masse, et un câble coaxial transportant un signal haute fréquence comprenant un conducteur interne et un conducteur externe, le dispositif de liaison mécanique et électrique comportant
- un moyen de connexion électrique entre le câble coaxial et le plan de masse de la ligne multicouche comprenant une surface conductrice disposée en regard du plan de masse de la ligne multicouche dont elle est séparée par une couche de matériau diélectrique, de manière à établir une liaison électrique capacitive entre la surface conductrice et le plan de masse, et
- un moyen de fixation mécanique comprenant au moins un relief en matériau diélectrique apte à s'insérer dans un orifice adapté ménagé dans le plan de masse. Le dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'invention permet une isolation galvanique en supprimant tout contact direct entre les différentes parties faisant office de plan de masse dans une utilisation radiofréquence. La connexion entre plans de masse est effectuée par couplage capacitifs, réalisés par la mise en vis-à-vis (mais sans contact direct) de couches de matériaux conducteurs. De plus, la présente invention permet un positionnement rapide et efficace des différents composants du dispositif de liaison mécanique et électrique.
Dans le dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'invention, la surface conductrice est connectée électriquement au conducteur externe. De préférence, le moyen de fixation mécanique comprend au moins un relief en matériau diélectrique apte à s'insérer dans un orifice adapté ménagé dans le plan de masse.
Selon un premier mode de réalisation, les reliefs ont la forme de crochets qui permettent un assemblage rapide par encliquetage dans un orifice de taille adaptée du plan de masse.
Selon un deuxième mode de réalisation, les reliefs ont la forme de pions permettant le positionnement du dispositif de liaison mécanique et électrique vis-à-vis du plan de masse. La fixation du dispositif de liaison mécanique et électrique pourra être réalisée par des écrous, des boulons et/ou des rivets par exemple en plastique.
Ces moyens de fixation mécanique présente l'avantage d'être démontables aisément, sans occasionner de dommages.
L'invention propose aussi un procédé d'assemblage rapide entre un câble coaxial transportant un signal haute fréquence et une ligne multicouche au moyen du dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'invention. Le procédé comprend les étapes suivantes :
- on raccorde électriquement le conducteur externe du câble coaxial à la surface conductrice du dispositif de liaison mécanique et électrique,
- on dispose une couche de matériau diélectrique sur la surface conductrice du dispositif de liaison mécanique et électrique,
- on place le plan de masse de la ligne multicouche en regard de la surface conductrice du dispositif de liaison mécanique et électrique de manière à établir une liaison électrique capacitive entre la surface conductrice, reliée électriquement au conducteur externe du câble coaxial, et le plan de masse de la ligne multicouche, - on relie mécaniquement le dispositif de liaison mécanique et électrique au plan de masse par le moyen de fixation mécanique, et
- on raccorde électriquement le conducteur interne du câble coaxial à la piste conductrice de la ligne multicouche.
De préférence, la surface conductrice du dispositif de liaison mécanique et électrique est reliée électriquement au conducteur externe du câble coaxial par soudage ou brasage. De préférence encore le dispositif de liaison mécanique et électrique est relié mécaniquement au plan de masse au moyen d'au moins un relief en matériau diélectrique apte à s'insérer dans un orifice adapté ménagé dans le plan de masse.
Selon un premier mode de réalisation, le dispositif de liaison mécanique et électrique est relié mécaniquement au plan de masse par encliquetage des reliefs en forme de crochet dans un orifice adapté ménagé dans le plan de masse.
Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif de liaison mécanique et électrique est relié mécaniquement au plan de masse par insertion des reliefs en forme de pion dans un orifice adapté ménagé dans le plan de masse.
La présente invention a comme avantage de permettre un assemblage peu coûteux et rapide des composants impliqués.
On supprime la soudure du plan de masse sur le dispositif de liaison mécanique et électrique en la remplaçant par une liaison électrique capacitive. Le plan de masse peut être alors réalisé en un matériau qui n'est pas nécessairement soudable, donc de moindre coût.
Alternativement, on supprime l'emploi de pièces de fixation métalliques (vis, écrous, goujons, etc ..) pour la liaison avec le plan de masse. Selon l'invention, la liaison s'effectue avec des pièces de fixation en matériau diélectriques. La liaison peut notamment être réalisée par encliquetage d'un relief, par pinçage au moyen de clips, ou par positionnement au moyen de pions et fixation. Le procédé selon l'invention permet un assemblage rapide, précis et sûr.
Enfin tout contact direct métal-métal avec le plan de masse étant supprimé, une telle liaison électrique par couplage capacitif permet d'éviter les produits d'intermodulation PIM, une des causes de distorsion du signal.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante de modes de réalisation donnés à titre illustratif, mais nullement limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel
- la figure 1 représente schématiquement d'une jonction réalisée au moyen d'un dispositif de liaison mécanique et électrique selon un premier mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 2 est une vue en perspective schématique du dispositif de liaison mécanique et électrique de la figure 1 , - la figure 3 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'invention,
- la figure 4 est une vue en perspective éclatée des composants du dispositif de liaison mécanique et électrique de la figure 3, - la figure 5 est une vue en perspective éclatée des composants de l'assemblage d'un câble coaxial au dispositif de liaison mécanique et électrique de la figure 3,
- la figure 6 est une vue en perspective de l'assemblage d'un câble coaxial au dispositif de liaison mécanique et électrique de la figure 3, - la figure 7 est une vue en perspective de l'assemblage de la figure 6 placée sur un plan de masse,
- la figure 8 est une vue en perspective de l'assemblage de la figure 6 placée entre deux plans de masse,
Sur les figures 3 à 8, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
- la figure 9 est une vue en perspective d'un troisième mode de réalisation du dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'invention,
- la figure 10 est une vue en perspective éclatée des composants du dispositif de liaison mécanique et électrique de la figure 9, - la figure 11 est une vue en perspective éclatée des composants de l'assemblage d'un câble coaxial au dispositif de liaison mécanique et électrique de la figure 9,
- la figure 12 est une vue en perspective de l'assemblage d'un câble coaxial au dispositif de liaison mécanique et électrique de la figure 9, - la figure 13 est une vue en perspective de l'assemblage de la figure 12 placée sur un plan de masse,
- la figure 14 est une vue en perspective de l'assemblage de la figure 12 placée entre deux plans de masse,
Sur les figures 9 à 14, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
- les figures 15a et 15b sont respectivement une vue de dessus et une vue de côté d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'invention, - les figures 16a et 16b sont respectivement une vue de dessus et une vue de côté d'un quatrième mode de réalisation d'un dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'invention,
- les figures 17a et 17b sont respectivement une vue de dessus et une vue de côté d'un cinquième mode de réalisation d'un dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'invention,
- les figures 18a et 18b sont respectivement une vue de dessus et une vue de côté d'un sixième mode de réalisation d'un dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'invention, - les figures 19a et 19b montrent respectivement l'évolution de l'adaptation en impédance d'entrée E et de sa perte d'insertion A, exprimées en dB et portées en ordonnée, en fonction de la fréquence v entre 100MHz et 4 GHz en abscisse, pour des valeurs croissantes de l'épaisseur de la couche diélectrique.
Dans le mode de réalisation d'un dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'invention représenté schématiquement sur les figures 1 et 2, on a représenté un câble coaxial 1 comportant un conducteur interne 2 central métallique, un conducteur externe 3 alimenté en courant alternatif, ayant souvent l'aspect d'une tresse en métal ou métallisée, et une couche de matériau diélectrique 4 placée entre les deux conducteurs 2, 3. Le câble 1 est connecté à une ligne multicouche 5 de type triplaque comprenant une piste conductrice 6 prise en sandwich entre deux surfaces conductrices 7. Les surfaces conductrices 7, métalliques ou métallisées, et reliées à la terre, constituent les plans de masse de la ligne multicouche 5. La piste conductrice 6 est séparée des surfaces conductrices 7 placées de part et d'autre par une couche diélectrique 8, ici de l'air, assurant une isolation galvanique. Le conducteur interne 2 du câble 1 coaxial est relié électriquement à la piste conductrice 6 de la ligne multicouche 5, par exemple par soudage. Le dispositif de liaison mécanique et électrique, selon un premier mode de réalisation de l'invention, comprend un corps de connexion 9 conducteur en forme de U couché, la face externe des branches du U étant recouvertes d'une couche d'un matériau diélectrique 10 qui isole le corps de connexion 9 du plan de masse 7 afin d'éviter tout contact direct métal-métal. Le conducteur externe 3 du câble 1 coaxial est électriquement relié au corps de connexion 9, par exemple par soudage. Le dispositif de liaison mécanique et électrique comprend aussi une pièce de fixation 11 en matériau diélectrique comportant de part et d'autre des reliefs 12 adaptées pour s'encliqueter dans des ouvertures prévues à cet effet dans les plans de masse 7, afin d'assurer simultanément le positionnement et la fixation du dispositif de liaison mécanique et électrique sur les plans de masse 7.
On considérera maintenant les figures 3 et 4 qui illustrent un deuxième mode de réalisation du dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'invention, Le dispositif de liaison mécanique et électrique 30 est constitué d'un corps de connexion 31 , d'un élément isolant 32 et d'une pièce de fixation 33.
Le corps de connexion 31 a la forme d'un U couché. Le corps de connexion 31 est en matériau conducteur, tel que laiton, cuivre, etc., ou bien en tout autre matériau recouvert d'un matériau conducteur comme l'étain, l'argent, l'or, etc .. Les deux branches 34 du U constituent des surfaces de couplage vis-à-vis d'un plan de masse La partie 35 située entre les deux branches 34 du U comporte une ouverture 36 destiné au passage du conducteur interne d'un câble coaxial.
L'élément isolant 32 est en forme de U couché dans le sens inverse du corps de connexion 31 , de manière à pouvoir se positionner autour du corps de connexion 31. Les deux branches 37 de l'élément isolant 32 viennent ainsi recouvrir les deux branches 34 du corps de connexion 31 respectivement pour constituer une couche diélectrique isolant le corps de connexion 31 des plans de masse disposés de part et d'autre. De même que pour le corps de connexion 31 , la partie 38 située entre les deux branches 37 du U comporte une ouverture 39 destiné au passage du câble coaxial. L'élément isolant 32 est en un matériau diélectrique tel qu'un polymère comme le polyéthylène.
La pièce de fixation 33 comporte un cœur 40 apte à s'insérer à l'intérieur du corps de connexion 31 , portant des reliefs 41 en forme de crochet qui se projettent vers le haut et vers le bas en direction des plans de masse. Des encoches 42 et 43 sont ménagées respectivement sur chaque bord des branches 34 du corps de connexion 31 et des branches 37 de l'élément isolant 32 pour le passage des reliefs 41. Les crochets 41 retiennent ensemble par effet ressort le corps de connexion 31 et l'élément isolant 32. Le cœur 40 est conformé de manière à servir de guide et de support au câble coaxial. La pièce de fixation 33 est en matériau diélectrique, par exemple un plastique. Une fois la pièce de fixation 33 insérée dans le corps de connexion 31 , l'élément isolant 32 venant recouvrir l'ensemble, le dispositif de liaison mécanique et électrique selon ce mode de réalisation de l'invention est compact comme le montre la figure 4, et possède la résistance mécanique nécessaire à sa fonction. Alternativement le corps de connexion et la pièce de fixation peuvent être réalisés d'un seul tenant en une pièce unique réalisée en matériau diélectrique, certaines surfaces étant recouverte de métal afin de constituer des surfaces de couplage.
Alternativement l'élément isolant peut être réduit à un film isolant déposé sur les surfaces conductrices à condition d'assurer une isolation efficace entre la surface conductrice et le plan de masse placé en vis-à-vis. On peut par exemple coller sur chaque surface conductrice une feuille de matériau diélectrique.
Les figures 5 et 6 montrent comment le dispositif de liaison mécanique et électrique représenté sur les figures 3 et 4 coopère avec un câble coaxial 50 comprenant un conducteur interne 51 et un conducteur externe 52 séparés par une couche diélectrique 53, l'ensemble étant protégé par une gaine isolante 54 en matériau diélectrique tel que du polyéthylène (PE) ou du polytétrafluoréthylène (PTFE). Le câble 50 entre dans le dispositif de liaison mécanique et électrique par l'orifice 39 de l'élément isolant 32. Le câble 50 est guidé par la pièce de fixation 33 placée à l'intérieur du corps de connexion 31 , de manière à ce que le conducteur interne 51 entouré de la couche diélectrique 53 sorte par l'orifice 36 du corps de connexion 31.
Pour la réalisation d'une liaison entre un câble coaxial 50 et une ligne multicouche, on commence par établir une continuité électrique entre le conducteur externe 52 du câble 50 et le corps de connexion 31 , par exemple par soudure, en laissant dépasser le conducteur interne 51 par l'orifice 36. Par glissement le long du câble 50, on insère ensuite la pièce de fixation 33 à l'intérieur du corps de connexion 31 en positionnant les reliefs 41 de la pièce de fixation 33 dans les encoches 42 du corps de connexion 31. Enfin l'élément isolant 32 est enfilée sur le câble par l'orifice 39 et coulissée de manière à recouvrir le corps de connexion 31 , les encoches 43 du corps de connexion 31 venant se placer sur les reliefs 41 de la pièce de fixation 33.
Il ne reste plus qu'à réaliser la jonction du câble coaxial 50 muni de son dispositif de liaison mécanique et électrique avec la ligne multicouche. Dans le cas d'une ligne triplaque, on commence par encliqueter deux crochets 41 de la pièce de fixation 33 dans des ouvertures prévues à cet effet dans le premier des deux plans de masse de la ligne triplaque. On effectue ensuite le raccordement électrique du conducteur interne 51 du câble coaxial 50 à la piste conductrice de la ligne triplaque. Enfin les deux autres crochets 41 de la pièce de fixation 33 sont encliquetés dans des ouvertures prévues à cet effet dans le second des deux plans de masse de la ligne triplaque. On a représenté, sur la figure 7, un dispositif de liaison mécanique et électrique selon le mode de réalisation des figures 3 à 6 en position fixé sur un plan de masse d'une ligne multicouche de type microruban ou microbande. Le dispositif de liaison mécanique et électrique 70 enserrant un câble coaxial 71 est posé sur une surface conductrice 72 constituant le plan de masse d'une ligne multicouche de type microruban. Les reliefs 73 de la pièce de fixation s'insèrent dans des orifices 74 du plan de masse et le retiennent par effet ressort, pour maintenir le dispositif de liaison mécanique et électrique accolé au plan de masse.
On a représenté sur la figure 8 un dispositif de liaison mécanique et électrique selon le mode de réalisation des figures 3 à 6 en position fixé sur une ligne multicouche de type triplaque. Le dispositif de liaison mécanique et électrique 80 enserrant un câble coaxial 81 est intercalé entre deux surfaces conductrices 82 constituant les plans de masse d'une ligne multicouche de type triplaque. Les reliefs 83 en forme de crochet de la pièce de fixation s'insèrent dans des orifices 84 des plans de masse et les retiennent par effet ressort, pour maintenir le dispositif de liaison mécanique et électrique accolé aux deux plans de masse de part et d'autre.
Bien entendu on peut de la même façon relier plusieurs câbles, chacun muni de son dispositif de liaison mécanique et électrique, à une même ligne multicouche.
On considérera maintenant les figures 9 et 10 qui illustrent un troisième mode de réalisation du dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'invention, Le dispositif de liaison mécanique et électrique 90 est constitué d'un corps de connexion 91 , d'un élément isolant 92 et d'une pièce de fixation 93. Ce troisième mode de réalisation diffère du deuxième mode de réalisation en ce que la pièce de fixation 93 comporte un cœur 94 apte à s'insérer à l'intérieur du corps de connexion 91 , portant des reliefs 95 en forme de pion destinés à assurer le positionnement du dispositif de liaison mécanique et électrique 90 vis-à-vis des plans de masse. Des encoches 96 et 97 sont ménagées respectivement sur le corps de connexion 91 et sur l'élément isolant 92 pour le passage des pions de positionnement 95.
Les figures 11 et 12 montrent comment le dispositif de liaison mécanique et électrique représenté sur les figures 9 et 10 coopère avec un câble coaxial 100 comprenant un conducteur interne 101 et un conducteur externe 102. Le câble 100 entre dans le dispositif de liaison mécanique et électrique par l'orifice 103 de l'élément isolant 104. Le câble 100 est guidé par la pièce de fixation 105 placée à l'intérieur du corps de connexion 106, de manière à ce que le conducteur interne 101 sorte par l'orifice 107 du corps de connexion 106.
On a représenté, sur la figure 13, un dispositif de liaison mécanique et électrique selon le mode de réalisation des figures 9 à 12 en position fixé sur un plan de masse d'une ligne multicouche de type microruban ou microbande. Le dispositif de liaison mécanique et électrique 130 enserrant un câble coaxial 131 est posé sur une surface conductrice 132 constituant le plan de masse d'une ligne multicouche de type microruban. Les reliefs 133, formant des pions de positionnement, de la pièce de fixation 134 s'insèrent dans des orifices 135 du plan de masse. On a représenté sur la figure 14 un dispositif de liaison mécanique et électrique selon le mode de réalisation des figures 9 à 12 en position fixé sur une ligne multicouche de type triplaque. Le dispositif de liaison mécanique et électrique enserrant un câble coaxial 140 est intercalé entre deux surfaces conductrices 141 , 142 constituant les plans de masse d'une ligne multicouche de type triplaque. Les pions de positionnement 143 de la pièce de fixation du dispositif de liaison mécanique et électrique s'insèrent dans des orifices 144 des plans de masse La jonction du câble coaxial 140 muni de son dispositif de liaison mécanique et électrique avec la ligne triplaque. On commence par insérer deux pions de positionnement 143 de la pièce de fixation dans des ouvertures 144 prévues à cet effet dans le premier des deux plans de masse de la ligne triplaque. On effectue ensuite le raccordement électrique du conducteur interne du câble coaxial 140 à la piste conductrice de la ligne triplaque. Enfin les deux autres pions de positionnement 143 de la pièce de fixation sont insérés dans des ouvertures prévues à cet effet dans le second des deux plans de masse de la ligne multicouche. La fixation du dispositif de liaison mécanique et électrique aux deux plans de masse de part et d'autre est assurée par des écrous 145 en matériau diélectrique.
Les figures 15a à 18b représentent différentes variantes de forme du corps de connexion.
Les figures 15a et 15b montre une variante de réalisation selon laquelle le corps de connexion 150 présente une forme en P couché présentant deux surfaces 151 et 152 pour le couplage capacitif avec les plans de masse situés au-dessus et en-dessous du dispositif de liaison mécanique et électrique.
Les figures 16a et 16b montre une variante de réalisation selon laquelle le corps de connexion 160 présente une forme en N se prolongeant par deux surfaces 161 et 162 tournées vers l'extérieur pour le couplage capacitif avec les plans de masse situés au-dessus et en-dessous du dispositif de liaison mécanique et électrique.
Les figures 17a et 17b montre une variante de réalisation selon laquelle le corps de connexion 170 présente une forme en N se prolongeant par deux surfaces 171 et 172 tournées vers l'intérieur pour le couplage capacitif avec les plans de masse situés au-dessus et en-dessous du dispositif de liaison mécanique et électrique.
Les figures 18a et 18b montre une variante de réalisation selon laquelle le corps de connexion 180 présente une forme d'une enclume couchée ouverte à une extrémité présentant deux surfaces 181 et 182, composée chaque de deux tronçons 181a, 181 b et 182a, 182b respectivement, pour le couplage capacitif avec les plans de masse situés au-dessus et en-dessous du dispositif de liaison mécanique et électrique.
On a représenté sur la figure 19a la variation de l'adaptation d'impédance en entrée E de la jonction par rapport à une impédance de 50 Ohms, pour des valeurs croissantes de l'épaisseur d'une couche diélectrique en polyéthylène. L'adaptation d'impédance en entrée E varie entre -40 dB et 0 dB sur la gamme de radiofréquence de 0,1 GHz à 4 GHz, à surface de couplage capacitif constante pour les deux plan de masse soit 2 (20 X 15) = 600mm2. La courbe 190 sert de référence et correspond au cas où les plans de masse sont en contact électrique direct. Les courbes 191 , 192 et 193 montrent cette évolution pour des épaisseurs de 0,1 mm, 0,2 mm et 0,3 mm respectivement.
La figure 19b représente la perte d'insertion A en fonction de la fréquence v pour des valeurs croissantes de l'épaisseur d'une couche diélectrique en polyéthylène. La perte d'insertion A varie entre -0,2O dB et O dB à surface de couplage capacitif constante pour deux plan de masse soit 2 (20 X 15) = 600mm2. La courbe 194 sert de référence et correspond au cas où les plans de masse sont en contact électrique direct. Les courbes 195, 196 et 197 montrent l'évolution pour des épaisseurs de 0,1 mm, 0,2 mm et 0,3 mm respectivement, sur la gamme de radiofréquence de 0,1 GHz à 4 GHz.
On voit que le couplage capacitif sera d'autant plus efficace que l'épaisseur de la couche diélectrique sera faible. Bien entendu l'épaisseur optimale de la couche diélectrique dépend de la constante diélectrique du matériau utilisé. On sait aussi que le couplage capacitif sera d'autant plus efficace que la surface de couplage sera importante. L'épaisseur de la couche diélectrique et la surface de couplage doivent être optimisés en fonction de la gamme de fréquence de travail, notamment de la fréquence centrale et de l'étendue de la bande de fréquence.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. En particulier, on pourra sans sortir du cadre de l'invention modifier la forme du dispositif de liaison électrique et mécanique ainsi que la forme du ou des reliefs du moyen de fixation mécanique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de liaison mécanique et électrique entre une ligne multicouche, comprenant une piste conductrice et au moins un plan de masse, et un câble coaxial transportant un signal haute fréquence comprenant un conducteur interne et un conducteur externe, le dispositif de liaison mécanique et électrique comportant
- un moyen de connexion électrique entre le câble coaxial et le plan de masse de la ligne multicouche comprenant une surface conductrice disposée en regard du plan de masse de la ligne multicouche dont elle est séparée par une couche de matériau diélectrique, de manière à établir une liaison électrique capacitive entre la surface conductrice et le plan de masse, et
- un moyen de fixation mécanique comprenant au moins un relief en matériau diélectrique apte à s'insérer dans un orifice ménagé dans le plan de masse.
2. Dispositif de liaison mécanique et électrique selon la revendication 1 , dans lequel la surface conductrice est connectée électriquement au conducteur externe du câble coaxial.
3. Dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le relief a une forme de crochet permettant un assemblage par encliquetage.
4. Dispositif de liaison mécanique et électrique selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le relief a une forme de pion permettant le positionnement.
5. Procédé de liaison mécanique et électrique d'un câble coaxial, comprenant un conducteur interne et un conducteur externe, avec une ligne multicouche, comprenant une piste conductrice et au moins un plan de masse, au moyen d'un dispositif de liaison mécanique et électrique comportant un moyen de connexion électrique entre le câble coaxial et le plan de masse de la ligne multicouche comprenant une surface conductrice disposée en regard du plan de masse de la ligne multicouche dont elle est séparée par une couche de matériau diélectrique, et un moyen de fixation mécanique comprenant au moins un relief en matériau diélectrique apte à s'insérer dans un orifice adapté ménagé dans le plan de masse, le procédé comprenant - on raccorde électriquement le conducteur externe du câble coaxial à la surface conductrice du dispositif de liaison mécanique et électrique,
- on dispose une couche de matériau diélectrique sur la surface conductrice du dispositif de liaison mécanique et électrique, - on place le plan de masse de la ligne multicouche en regard de la surface conductrice du dispositif de liaison mécanique et électrique de manière à établir une liaison électrique capacitive entre la surface conductrice, reliée électriquement au conducteur externe du câble coaxial, et le plan de masse de la ligne multicouche,
- on relie mécaniquement le dispositif de liaison mécanique et électrique au plan de masse par le moyen de fixation mécanique, et
- on raccorde électriquement le conducteur interne du câble coaxial à la piste conductrice de la ligne multicouche.
6. Procédé de liaison mécanique et électrique selon la revendication 6, dans lequel la surface conductrice du dispositif de liaison mécanique et électrique on est reliée électriquement au conducteur externe du câble coaxial par soudage ou brasage.
7. Procédé de liaison mécanique et électrique selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel le dispositif de liaison mécanique et électrique est relié mécaniquement au plan de masse au moyen d'au moins un relief en matériau diélectrique apte à s'insérer dans un orifice adapté ménagé dans le plan de masse.
8. Procédé de liaison mécanique et électrique selon la revendication 8, dans lequel le dispositif de liaison mécanique et électrique est relié mécaniquement au plan de masse par encliquetage d'au moins un relief en forme de crochet dans un orifice adapté ménagé dans le plan de masse.
9. Procédé de liaison mécanique et électrique selon la revendication 8, dans lequel le dispositif de liaison mécanique et électrique est relié mécaniquement au plan de masse par insertion d'au moins un relief en forme de pion dans un orifice adapté ménagé dans le plan de masse.
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