WO2012107543A1 - Filtre radiofrequences reglable en technologie planaire et procede de reglage du filtre - Google Patents

Filtre radiofrequences reglable en technologie planaire et procede de reglage du filtre Download PDF

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WO2012107543A1
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resonator
resonators
filter
sections
substrate
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PCT/EP2012/052271
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Stéphane Denis
Gérard HACQUET
Jean-Pierre Cazenave
Original Assignee
Thales
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/02—Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling

Definitions

  • the invention relates to radio frequency filters in planar technology adjustable or adjustable to obtain the desired filtering performance.
  • Radio frequency (RF) filters operating in particular in high frequency and microwave bands include coupled resonators made from transmission lines in planar technology.
  • Figures 1, 2 and 3 respectively represent three band pass filters of the state of the art.
  • FIG. 1 shows a filter in planar technology reduced to its simplest expression.
  • This filter comprises a half-wave resonator R2 coupled in parallel over half of its length with two adjacent resonators R1 and R3 quarter wave.
  • the resonators R1, R2, R3 are most often made in microstrip line technology.
  • the filter of FIG. 1 thus comprises a substrate 8, of thickness h, having a dielectric permittivity Er, having a main face 10 comprising a respective microstrip line for each resonator and a metallized face 12 opposite to the main face to form a ground plane.
  • the tuning of the center frequency of the resonator R2 of FIG. 1 is mainly obtained by changing the length of the microstrip line that constitutes it.
  • the resonators R1 and R3 are respectively connected to the access A1, A2 of the filter by a respective line L1 and L2 of standard input and output filter impedance characteristic, usually 50 ⁇ .
  • Figures 2 and 3 show two other types of filters reduced to their simplest expression in planar technology also comprising three resonators R1, R2, R3.
  • the filter of FIG. 2 is of interdigital type. One of the ends e2 of the resonator R2 is connected to ground (zero impedance)
  • the filter of FIG. 3 is of comb type and also comprises three quarter-wave resonators R1, R2, R3. One of the ends e1, e2, e3 of the three resonators R1, R2, R3 is connected to ground.
  • the filter of FIG. 3 makes it possible to obtain very narrow bandwidths, the filters of FIGS. 1 and 2, wider (or moderate) bandwidths. These filters are often electrically symmetrical, in this case the accesses A1 and A2 are interchangeable.
  • filters including vias. This is often the case, for example, filters consisting of resonators with an end short-circuited to ground.
  • compact filters made with substrates with high permittivity and / or high permeability, particularly sensitive to production tolerances and electrical parameters such as dielectric permittivity and magnetic permeability,
  • the filters are made and characterized individually, apart from the systems for which they are intended. This even though they are performed in a technology identical to that of the system, for example on organic substrates or in the case of complex integrated hybrid systems in or around a stack of substrates.
  • Another way of guaranteeing filter performance is to perform a characterization! and a drastic selection of substrates and other materials possibly used in an assembly (eg pre-preg), in a range of values reduced compared to those proposed by manufacturers.
  • Another method is to pre-characterize the substrates in thickness and dielectric permittivity, then to perform a design adapted to each different batch. This is expensive and time consuming to put in place because of the masks for thin layers and screen printing screens for thick layers to be redone for each batch. In addition, the substrate is only part of the dispersion problem and this operation is not always sufficient.
  • Another method is to introduce regulators physically on the filter.
  • These adjustment elements are generally conductive pads pre-connected, the adjustment effeffue then, either by shortening, that is to say by the cutting of the link with the stud or by lengthening the structure by laying d a connection with the stud.
  • This type of adjustment does not allow fine adjustments because the variations are large and do not allow a large number of possibilities, especially for compact and / or high frequency applications because the dimensions of the adjustment elements are limited in minimum dimension, for example. the manufacturing technologies.
  • These elements may be metal ribbons placed on the lines. This technique has a random part related to the difficulty in controlling the shape of a ribbon that has one or more free ends.
  • these elements consist of elements of appropriate dielectric constant, added to the filter to adjust its response.
  • These are for example dielectric blocks (metallized or non-metallized) typically placed in two ways depending on the desired objective: Pavers placed at the open ends of lines / resonators / stubs to act on the central frequency, or between lines coupled to act on the bandwidth or rejected bandwidth or ZT transmission zeros obtained by coupling between non-adjacent resonators.
  • This category of adjustment elements allows fine variations of the filter response. However, the installation of these elements is expensive and the adjustment amplitudes are low,
  • varactor diodes or MEMS varactors (acronym for "Micro Machined Electro Mecanical System” in the English language) with the disadvantage of low power handling.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the invention proposes a tunable radio frequency filter in planar technology comprising a dielectric substrate and n resonators R1, R2, ... Ri, ... Rj, .. Rk, .. Rn integrated into the substrate,
  • each resonator comprises, on a main plane PL of the substrate, a succession of sections t1, t2, .. tq, .. tp of planar transmission lines each having two ends, p being the number of segments of lines of planar transmission of the resonator Ri considered, p being equal to or greater than 2, q being the rank of the section, one end of a section tq of a resonator Ri being in opposite relation and separated by a distance d d one end of the next section t (q + 1) of the same resonator Ri, the ends facing successive sections of a resonator Ri being connected by an electrical connection locally raising the characteristic impedance of the resonator Ri considered.
  • the electrical connection between two successive transmission line sections tq, t (q + 1) of the resonators R1, R2,... Ri,... Rj,... Rk,... Rn is a line H1 planar impedance transmission characteristic higher than the characteristic impedance of the resonator Ri considered.
  • the length of the line H1 of planar transmission is greater than the distance d between the ends vis-à-vis two successive transmission line sections tq, t (q + 1) so as to increase the electrical length of the resonators R1, R2, ... Ri, ... Rj, .. Rk, .. Rn.
  • the electrical connection between sections of successive transmission lines comprises at least one wiring wire in a plane P perpendicular to the main plane PL of the substrate.
  • the electrical connection between two successive transmission line sections tq, t (q + 1) of the resonators R1, R2, .. Ri,... Rj,... Rk, .. Rn comprises several wires wiring in parallel, each wire being in a respective plane perpendicular to the main plane PL.
  • the ends connected by a wiring wire of two successive line sections tq, t (q + 1) of a resonator Rj are close to the ends of two other sections of successive transmission lines connected by another a wire of another resonator Rk so that the surfaces formed by the wiring son of said two resonators Rj and Rk with the main plane PL are facing each other in order to obtain a coupling between the two resonators Rj and Rk.
  • the substrate comprises a plurality of layers, the main plane PL comprising the transmission line sections of the resonators being between at least two superimposed layers.
  • the invention also relates to a method of adjusting the adjustable filter according to the invention in planar technology comprising a dielectric substrate and n resonators R1, R2, .. Ri, ... Rj, ... Rk, .. Rn integrated into the substrate each resonator comprising, on a main plane PL of the substrate, a succession of sections t1, t2, .. tq, ..
  • tp of planar transmission lines each having two ends, p being the number of planar transmission line sections of the resonator Ri considered, p being equal to or greater than 2, q being the rank of the section, one end of a section tq of a resonator Ri being in vis-à-vis and separated by a distance d from one end of the next section t (q + 1) of the same resonator Ri, the ends facing successive sections of a resonator Rq being connected by a line planar transmission device Hl (30, 34) for locally raising the characteristic impedance of the resonator Ri considered,
  • the adjustable filter is a bandpass filter comprising at least one resonator Rj and a resonator Rk, the resonator Rj having the ends opposite two consecutive transmission line sections tq , t (q + 1) connected by a wiring wire near the ends of two other consecutive transmission line sections of the other resonator Rk connected by another wiring wire, so that the surfaces formed by said wires of cabling with the main plane PL of the two said resonators Rj and Rk are facing each other, the adjustment method of changing the distance and position between the one and the other wire of the resonators wiring Rj and Rk respectively to obtain, by modifying the coupling between the resonator Rj and the resonator Rk, the desired bandwidth.
  • the main filters covered by this invention consist of parallel lines coupled with half-wave resonators coupled in parallel or with quarter-wave comb (low bandwidth) and / or inter-digit (wide bandwidth) resonators. .
  • This technique of making and adjusting planar filters according to the invention also applies: filters with transmission zeros or ZTs, especially when these transmission zeros are obtained by coupling between non-adjacent resonators.
  • the technologies for producing filter resonators may be those of micro-ribbons or planar lines, conventionally produced on a single substrate or integrated in a stack of substrates or made on a suspended substrate.
  • FIG. 4a shows an adjustable filter according to the invention of the same structure as the filter of FIG. 1;
  • FIG. 4b shows a partial front view of the resonator R3 of the filter of FIG. 4a;
  • FIG. 4c shows a partial front view of the resonator R2 of the filter of FIG. 4a;
  • - Figure 5 shows an adjustable filter according to the invention of the same structure as the filter of Figure 2;
  • FIG. 6 shows an adjustable filter according to the invention of the same structure as the filter of Figure 3;
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a bandpass filter according to the invention having settings on the transmission zeros
  • FIG. 8a shows an alternative embodiment of an adjustable filter according to the invention of the same structure as the filter of FIG.
  • FIG. 8b shows a partial cross-sectional view at the central portion of the resonator R2 of the filter of Figure 8a;
  • FIG. 8c shows a view from above at the central portion of the resonator R2 of the filter of FIG. 8a;
  • FIG. 9a shows another alternative embodiment of the adjustable filter of FIG. 8a
  • FIG. 9b shows a partial cross-sectional view at the central portion of the resonator R2 of the filter of FIG. 9a and;
  • Figure 9c shows a top view at the central portion of the resonator of the filter of Figure 9a.
  • FIG. 4a shows an adjustable filter according to the invention of the same structure as the filter of FIG.
  • the filter of FIG. 4a comprises a half-wave resonator R2 coupled in parallel over half of its length with two adjacent quarter-wave resonators, a resonator R1 connected by the line L1 to the access A1 of the filter and a resonator R3 connected by the line L2 to the access A2 of the filter.
  • the three resonators R1, R2, R3 are in the form of microstrip lines on a dielectric substrate of thickness h.
  • the resonator R1 and the resonator R3 each comprise two sections t1, t2 of microstrip transmission lines of the same characteristic impedance Zc and wavelengths W, two sections of the same resonator being connected by a respective line Hl 30 microstrip (Hl for high impedance), wi width less than the drop W line sections t1, t2.
  • the impedance of the line H1 is of much higher value than the impedance Z1 of the line sections t1, t2.
  • FIG. 4b shows a partial front view of the resonator R3 of the filter of FIG. 4a.
  • the two line sections t1, t2 and the micro-rib line H1 of the resonators R1 and R3 are aligned along respective axes EE ', SS' parallel to the axis Ox of a reference trihedron Oxyz.
  • the edges b1, b2 facing the line sections are separated by a distance d.
  • the half-wave resonator R2, between the resonator R1 and the resonator R3, comprises four line sections t1, t2, t3 and t4 aligned along an axis CC parallel to the axes EE ', SS'.
  • the successive sections t1, t2 on one side of the resonator R2 and the successive sections t3 and t4 on the other side of the same resonator R2 are connected by a micro-ribbon line H1 of width wi.
  • the successive sections t2, t3, in the central part of the resonator R2 are themselves connected by another line Hi 34 wi width much less than the width of the line of the resonator R2.
  • the other Hi line 34 between the sections t2 and t3 of the resonator R2 is of greater length than the distance d separating the edges in view of the sections t2 and t3 of said resonator R2.
  • the other Hi line 34 is in the form of an S having a central portion 40 perpendicular to the axis CC of the resonator R2.
  • FIG. 4c shows a partial front view of the resonator R2 of the filter of FIG. 4a.
  • the lines H1 and the other line H1 34 physically create at their location between the portions of the transmission lines a narrowing of the resonators and therefore an impedance break in the resonator.
  • the center frequency f 0 of the bandpass filter of FIG. 1 is mainly related to the electrical length of the resonator R2.
  • the method for adjusting the filter of FIG. 1 comprises at least one wiring step, between the ends facing the line sections of the three resonators R1, R2, R3 of an adjustment element ER, which is in this embodiment, a wiring wire 50, 52 in planes perpendicular to the main plane PL of the substrate.
  • first wiring son 50 provide the electrical connection between line sections without coupling between resonators.
  • Second wiring son 52 ensure their provision in the resonators in addition to the electrical connection between line sections, a certain coupling between resonators.
  • the lengths of the wiring wires 50, 52 and their point of connection on the ends of the line sections are adjusted to obtain the desired center frequency f0.
  • Figure 4d shows a detail view in cross section of the resonator R2 showing the first wiring wire 50 welded between the ends of the two sections t2, t3 in the central portion of the resonator R2.
  • the line sections t1, t2 are made in such a way that the lines H1 of the resonators R1 and R2 are in facing relation.
  • the sections t3, t4 of the resonator R2 and the sections t1, t2 of the resonator R3 are made so that the lines H1 30 are also in vis-à-vis.
  • Second wiring wires 52 welded in parallel with the lines H1 will allow modification of the coupling between resonators by adjusting their relative position or their proximity. The modification of this coupling will allow the adjustment, in the case of the filter of FIG. 1, of its bandwidth relatively independently of the adjustment of its central frequency f0 by the adjustment of the lengths of the first 50 and second 52 wires. wiring.
  • a plurality of adjustment elements ER in the form of wiring wires and / or micro-wired conductor strips may be placed in parallel with the high impedance lines H1. , 34.
  • These elements of fixed or variable length whose length will be varied and possibly, if possible, the position to adjust a coupling.
  • the tapes allow to obtain better quality coefficients and to withstand higher powers.
  • the automatic laying of ribbons is less widespread than the automatic laying of cabling wires.
  • the length of the high-impedance lines Hl 30, 34 depends on the desired correction amplitude on the filter parameters. To obtain a sufficient adjustment amplitude by elongation or shortening of the adjustment element ER 50, 52 (wiring wires) it is necessary to arrange or fold this line H1 to obtain junction points of the adjustment element ER with the sections lines as close as possible.
  • the narrowing of the resonators R1, R2, R3 of the bandpass filter of FIG. 4a by the incorporation of the high-impedance lines Hl 30, 34 between the sections t1, t2, t3, t4 of transmission lines and the elements of FIG. ER 50 setting, 52 modifies the response of the original filter as shown in Figure 1 and it is necessary to optimize the entire structure of the filter to ensure an optimal frequency response in nominal setting position.
  • FIG. 5 shows an adjustable filter according to the invention of the same structure as the filter of Figure 2;
  • FIG. 6 shows an adjustable filter according to the invention with the same structure as the filter of FIG.
  • the filters of FIG. 5 and 6 comprise, according to the invention, sections of microstrip lines, two sections t1, t2 with resonator R1, R2, R3 connected by a line H1 and another line H1 34, first wires of wiring 50 in parallel with the other lines Hl 34 and second wiring son 52 in parallel with the lines Hl 30.
  • the second wiring son 52 provide some coupling between resonators.
  • the planar filters according to the invention can be made in such a way as to obtain adjustment elements ER 50 that are not coupled together, that is to say strongly away and / or oriented with a small surface area opposite, and / or adjustment elements ER 52 coupled.
  • the uncoupled adjustment elements ER 50 are used to act predominantly on the center frequency f 0 of the filter. This is for example the case of the first connection wires 50 of Figures 4a, 5, 6, 8a and 9a. The goal here is to find an implementation of the setting that has little influence on the bandwidth.
  • the ER adjusting elements 52 coupled together that is to say close and oriented with their facing surfaces, are used to act on the bandwidth, as is the case with the second wiring wires 52 of FIGS. 4a, 5, 6, 7, 8a and 9a.
  • the setting of the ZT transmission zeros of the planar filter is similar in its implementation to the settings of the center frequency fO and the bandwidth Bp, by the characteristic and the position of the adjustment elements ER and lines H1 in the resonators.
  • the coupled adjustment elements ER 54 are located on the zones of the resonators which substantially modify the transmission zeros ZT.
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a bandpass filter according to the invention having settings on the ZT transmission zeros.
  • the filter of FIG. 7 comprises two quarter-wave type resonators R1 and R3 and three half-wave type resonators R4, R2, R5. These resonators are considered adjacent and directly coupled together in the order R1 / R4 / R2 / R5 / R3.
  • the resonators R4 and R5 are considered non-adjacent and voluntarily coupled at their center to generate ZT transmission zeros. This particular coupling is called transverse coupling.
  • the filter has an axis of symmetry TT '.
  • the resonator R1 and the resonator R3 each comprise two sections t1, t2 of lines, the resonator R2 three sections t1, t2, t3 of transmission lines, the non-adjacent resonators R4, R5 four line sections each t1, t2, t3 , t4.
  • H1 lines connecting the sections of resonators R1, R4, R2 are preferably aligned on the same axis PP 'parallel to the axis of symmetry TT' of the filter, second wiring son 52 are welded in parallel of these lines Hl To obtain a coupling between these resonators.
  • the wiring configuration is symmetrical on the other side of the axis TT 'on an alignment axis QQ' of the lines H1 of the resonators R3, R5, R2.
  • the configuration of the filter of FIG. 7 is such that the centers of the resonators R4 and R5 comprise lines H1 and third wiring wires 54 forming parallel surfaces with the main plane PL in a plane parallel to the plane Oxy of the reference trihedron. oxyz. It is these couplings at the centers of the resonators R4 and R5 which imply the transmission zeros ZT of the filter of FIG. 7 and the possibility of setting the so-called transmission zeros.
  • the substrate is a multilayer substrate comprising the sections t1, t2, .. tq, .. tp of integrated transmission lines between at least two layers and therefore not accessible at the surface by the outside the filter.
  • the substrate comprises metallized holes at the ends of the sections of transmission lines connecting metallized pads on the surface of the substrate. The electrical connection by wiring son 50, 52, 54 and / or lines Hl 30, 34 can then be performed on these metallized beaches.
  • FIG. 8a shows an alternative embodiment of an adjustable filter according to the invention of the same structure as the filter of FIG. 1.
  • Figure 8b shows a partial cross-sectional view at the central portion of the resonator R2 of the filter of Figure 8a.
  • Figure 8c shows a top view at the central portion of the resonator R2 of the filter of Figure 8a.
  • the filter of FIG. 8a comprises a multilayer substrate 90 having two superposed layers C1, C2 and, buried between these two layers C1, C2, sections of lines t1, t2, t3, t4 and other lines Hl 34 connecting these sections. to form the resonators R1, R2 and R3.
  • the multilayer substrate comprises an upper face 13 and a lower metallized opposite face 14.
  • the upper face 13 comprises metallized pads 82 connected by metallized holes 80 in the layer C1 at the ends of sections of transmission lines buried in the substrate 90.
  • the adjustment elements ER that is to say wiring wires 50, 52 are fixed on these metallized pads 82 on the upper face 13 of the substrate 90.
  • the other lines Hl 34 are on the same face of the substrate (main plane PL) as the buried lines of lines.
  • the upper face 13 may also have a hollow ground plane around the metallized areas 82.
  • FIG. 9a shows another variant of the adjustable filter of FIG. 8a on multilayer substrate.
  • Figure 9b shows a partial cross-sectional view at the central portion of the resonator R2 of the filter of Figure 9a.
  • Figure 9c shows a top view at the central portion of the resonator of the filter of Figure 9a.
  • the other lines H1 34 are made with the metallized areas 82 on the upper face 13 of the multilayer substrate 90, the metallized areas and the other lines H1 34 are connected to the ends of the sections of transmission lines. buried by the metallized holes 80 in the layer C1
  • This upper part can in particular be used to make and adjust transverse couplings between non-adjacent resonators and thus introduce and control additional ZT transmission zeros.
  • the technique proposed in this invention allows fine adjustments to filter structures consisting of planar transmission lines.
  • the ground planes are not shown in Figures 1 to 9a which illustrate the filter examples.
  • This technique is based on conventional means of manufacturing microelectronics: Laying wiring son and / or conductive tapes unrolled length and controlled positions. The response of the filter is adjusted by varying the dimensions and attachment points of the wiring and / or conductive strips.
  • the impedance breaks in the resonators provide additional degrees of freedom that can affect the frequency response with more possibilities. This can lead to a lower number of resonators compared to a conventional non-adjustable structure.

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Abstract

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

Description

FILTRE RADIOFREQUENCES REGLABLE
EN TECHNOLOGIE PLANAIRE ET PROCEDE DE REGLAGE DU FILTRE
L'invention concerne les filtres radiofréquence en technologie planaire réglables ou ajustables pour obtenir les performances de filtrage souhaitées.
Certains types de filtres radiofréquences (RF) fonctionnant notamment dans des bandes hautes fréquences et hyperfréquence comportent des résonateurs couplés réalisés à partir de lignes de transmission en technologie planaire.
Les figure 1 , 2 et 3 représentent respectivement trois filtres planaires passe bande de l'état de l'art.
La figure 1 représente un filtre en technologie planaire réduit à sa plus simple expression. Ce filtre comporte un résonateur demi-onde R2 couplé en parallèle sur la moitié de sa longueur avec deux résonateurs adjacents R1 et R3 quart d'onde.
Les résonateurs R1 , R2, R3, sont le plus souvent réalisés en technologie des lignes micro-ruban. Le filtre de la figure 1 comporte donc un substrat 8, d'épaisseur h, de permittivité diélectrique Er, ayant une face principale 10 comportant une ligne micro-ruban respective pour chaque résonateur et une face métallisée 12 opposée à la face principale pour former un plan de masse.
De façon connue l'homme de métier sait calculer les dimensions physiques respectives des lignes micro-ruban, leur longueur et la distance séparant ces lignes pour obtenir les caractéristiques souhaitées du filtre notamment, la bande passante, les impédances aux accès du filtre, la bande de fréquences atténuée ou autres paramètres du filtre. Dans ce type de filtre, l'accord de la fréquence centrale du résonateur R2 de la figure 1 est principalement obtenu en changeant la longueur de la ligne micro-ruban qui le constitue.
Les résonateurs R1 et R3 sont respectivement connectés aux accès A1 , A2 du filtre par une respective ligne L1 et L2 d'impédance caractéristique standard d'entrée et de sortie des filtres, soit habituellement de 50Ω. Les figures 2 et 3 montrent deux autres types de filtres réduits à leur plus simple expression en technologie planaire comportant aussi trois résonateurs R1 , R2, R3.
Le filtre de la figure 2 est de type interdigité. Une des extrémités e2 du résonateur R2 est relié à la masse (impédance nulle)
Le filtre de la figure 3 est de type en peigne et comporte aussi trois résonateurs quart d'onde R1 , R2, R3. Une des extrémités e1 , e2, e3 des trois résonateurs R1 , R2, R3 est reliée à la masse.
Le filtre de la figure 3 permet d'obtenir des bandes passantes très étroites, les filtres des figures 1 et 2, des bandes passantes plus larges (ou modérées) Ces filtres sont souvent symétriques électriquement, dans ce cas les accès A1 e A2 sont interchangeables
Néanmoins, ces types de filtres de l'état de l'art sont contraints par les tolérances des éléments qui les constituent. Leurs principales caractéristiques électriques, par exemple leur bande passante, fréquence de coupure, pertes dans la bande passante, bande atténue ou autres paramètres essentiels dépendent grandement des caractéristiques du substrat utilisé pour réaliser les lignes du filtre dont l'épaisseur, la permittivité, la perméabilité, peuvent varier d'un filtre à l'autre, mais aussi par les tolérances des procédés de fabrication comme les précisions de gravure des lignes, de réalisation des via, de superposition de multiples couches diélectriques du substrat, dans le cas d'utilisation de substrats multicouches.
Ces paramètres variables peuvent conduire à des rendements de fabrication des filtres insuffisants ou trop aléatoires, dans les cas suivants et notamment dans leurs combinaisons :
- filtres intégrés dans des structures de substrats multicouches notamment dans le cas où ces filtres sont intégrés dans un sous-système monolithique conséquent. Un filtre hors spécification implique alors la mise au rebut de tout le sous-système. Lorsque plusieurs filtres sont intégrés dans un même module alors le problème de rendement est encore plus critique, - filtres qui présentent des fréquences de coupures ou des zéros de transmission ZT très proches, par exemple, filtre passe-bande à faible bande passante et/ou faible bande rejetée, simples ou multiples,
- filtres comprenant des vias. Ce qui est souvent le cas, par exemple, des filtres constitués de résonateurs avec une extrémité court- circuitée vers la masse.
- filtres compacts réalisés avec des substrats à forte permittivité et/ou forte perméabilité, particulièrement sensibles aux tolérances de réalisation et aux paramètres électriques tels que la permittivité diélectrique et la perméabilité magnétique,
- systèmes comportant des filtres nécessitant d'effectuer leur réglage dans leur contexte d'utilisation,
- filtres multiplexeurs. Pour améliorer ou garantir un rendement minimum de fabrication des filtres en technologie planaire de l'état de l'art, les concepteurs et/ou les fabricants ont actuellement recours aux techniques ou méthodes suivantes :
Selon une première méthode les filtres sont réalisés et caractérisés individuellement, à part des systèmes pour lesquels ils sont destinés. Cela alors même qu'ils sont réalisés dans une technologie identique à celle du système, par exemple sur des substrats organiques ou bien lorsqu'il s'agit de systèmes intégrés hybrides complexes dans ou autour d'un empilage de substrats.
Une autre méthode pour garantir les performances des filtres consiste à effectuer une caractérisât! on et une sélection drastique des substrats et autres matériaux éventuellement utilisés dans un assemblage (par exemple des pré-preg), dans une gamme de valeurs réduites par rapport à celles qui sont proposées par les fabricants.
Toutefois, les mesures précises de permittivité et/ou de perméabilité des matériaux utilisés pour réaliser les substrats sont coûteuses et complexes à réaliser. Sur des empilages de matériaux hétérogènes voire anisotropes (tenseurs de permittivité électrique et de perméabilité magnétique) cette caractérisation est encore plus complexe à réaliser. De plus, si le fabriquant de matériaux ne maîtrise pas suffisamment les propriétés de ses matériaux alors on n'est pas certain de disposer de la quantité requise de matériaux avec les caractéristiques adéquates pour réaliser les filtres. De plus, le substrat n'est qu'une part du problème de dispersion et cette opération n'est pas toujours suffisante.
Une autre méthode consiste à pré-caractériser les substrats en épaisseur et en permittivité diélectrique, puis à effectuer une conception adaptée à chaque lot différent. Ceci est coûteux et long à mettre en place du fait des masques pour couches minces et écrans de sérigraphie pour couches épaisses à refaire pour chaque lot. De plus, le substrat n'est qu'une part du problème de dispersion et cette opération n'est pas toujours suffisante.
Selon une autre méthode, dans le cas particulier des filtres réalisés par gravure, celle-ci est contrôlée pour ajuster les performances des filtres. Cette technique pose des problèmes de qualité de réalisation car le résultat de la gravure présente un taux de défaut, notamment par les surplombs et les irrégularités des bords de pistes, aggravé lorsque la durée nominale de gravure n'est pas respectée. Cette méthode ne permet pas un réglage dissocié des fréquences de coupure et de la réponse en fréquence, par exemple, le réglage dissocié du centre d'une bande de fréquence passante ou rejetée et de la largeur de cette bande de fréquence. De plus cette méthode ne peut pas s'appliquer aux filtres enterrés.
Selon une autre méthode, il est possible dans certains cas, d'ajuster la réponse d'un filtre par des petites découpes des lignes, par exemple avec un laser. Cette technique n'est pas possible avec tous les substrats, elle est notamment très difficile à mettre en place sur des substrats de type organique. Cette technique n'est pas réalisable sur des filtres enterrés.
Une autre méthode consiste à Introduire des éléments de réglage physiquement sur le filtre. Ces éléments de réglage sont généralement des plots conducteurs pré-connectés, le réglage s'effetue alors, soit par raccourcissement, c'est-à- dire par la coupure du lien avec le plot ou soit par allongement de la structure par la pose d'une liaison avec le plot. Ce type de réglage ne permet pas des réglages fins car les variations sont importantes et ne permettent pas un grand nombre de possibilités, notamment pour des applications compactes et/ou à haute fréquence car les dimensions des éléments de réglage sont limitées en dimension minimale, par les technologies de fabrication. Ces éléments peuvent être de rubans métalliques posés sur les lignes. Cette technique présente une part aléatoire liée à la difficulté à maîtriser la forme d'un ruban qui présente une ou plusieurs extrémités libres.
Ou bien ces éléments sont constitués d'éléments de constante diélectrique appropriée, ajoutés sur le filtre pour ajuster sa réponse. Il s'agit par exemple de pavés diélectriques (métallisés ou non-métallisés) placés typiquement de deux façons suivant l'objectif recherché : Pavés placés aux extrémités en circuit ouvert de lignes/résonateurs/stubs pour agir sur la fréquence centrale, ou bien entre lignes couplées pour agir sur la largeur de bande passante ou rejetée ou sur des zéros de transmission ZT obtenus par couplages entre résonateurs non-adjacents. Cette catégorie d'éléments de réglage permet des variations fines de la réponse du filtre. En revanche, la pose de ces éléments est coûteuse et les amplitudes de réglage sont faibles,
II existe également des techniques de réglage de filtre à l'aide d'éléments mécaniques comme les systèmes à vis ou plongeurs réglables, lourds, encombrants et mal adaptés aux forts volumes de production.
D'autres techniques de réglage des filtres de l'état de l'art ont recours à des moyens électroniques qui permettent un réglage dynamique du filtre mais présentent des inconvénients et nécessitent un dispositif de commande annexe. Ces dispositifs qui génèrent des courants ou des tensions de contrôle sont coûteux et encombrants.
Parmi ces techniques de réglage des filtres ont peut citer l'utilisation :
- de diodes varactor ou varactors MEMS (sigle de « Micro Machined Electro Mecanical System >> en langue anglaise) comportant l'inconvénient d'une faible tenue en puissance.
- d'éléments ferromagnétiques dont la perméabilité magnétique μΓ est contrôlée par un champ magnétique extérieur de contrôle. L'inconvénient de ce type de réglage de filtre est une consommation et un encombrement importants du système de contrôle.
- d'éléments ferroélectriques et cristaux liquides, dont la permittivité diélectriques Er varie en fonction d'un champ électrique externe de contrôle. Ce procédé de fabrication est onéreux et difficile à maîtriser, nécessite une forte tension de commande, présente un faible coefficient de qualité et une faible tenue en puissance.
- d'éléments de commutation, de type diode PIN ou transistors MESFET (MEtal Semi-conductor Field Effect Transistor) ou CMOS (Complementary Métal Oxyde Semiconductor), réservés aux filtres travaillant aux basses fréquences présentant un fort encombrement et un faible coefficient de qualité.
Ces techniques de réglage des filtres génèrent le plus souvent des filtres moins performants notamment, en tenue en puissance, en coefficient de qualité, en pertes d'insertion, en réjection, que des structures analogues fixes sans dispositif de réglage électronique.
Pour palier les inconvénients des filtres radiofréquences de l'état de l'art, l'invention propose un filtre radiofréquences réglable en technologie planaire comportant un substrat diélectrique et n résonateurs R1 , R2,... Ri,... Rj,... Rk,..Rn intégrés au substrat,
caractérisé en ce que chaque résonateur comporte, sur un plan principal PL du substrat, une succession de tronçons t1 , t2,..tq,..tp de lignes de transmission planaires ayant chacun deux extrémités, p étant le nombre de tronçons de lignes de transmission planaires du résonateur Ri considéré, p étant égal ou supérieur à 2, q étant le rang du tronçon, une extrémité d'un tronçon tq d'un résonateur Ri étant en vis-à-vis et séparée d'une distance d d'une extrémité du tronçon suivant t(q+1 ) du même résonateur Ri, les extrémités en vis à-vis des tronçons successifs d'un résonateur Ri étant reliées par une liaison électrique élevant localement l'impédance caractéristique du résonateur Ri considéré.
Avantageusement, la liaison électrique entre deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1 ) des résonateurs R1 , R2,... Ri,... Rj,... Rk,... Rn est une ligne Hl de transmission planaire d'impédance caractéristique supérieure à l'impédance caractéristique du résonateur Ri considéré.
Dans une réalisation du filtre planaire selon l'invention, la longueur de la ligne Hl de transmission planaire est plus grande que la distance d entre les extrémités en vis-à-vis de deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1 ) de façon à augmenter la longueur électrique des résonateurs R1 , R2,... Ri,... Rj,... Rk,..Rn. Dans une autre réalisation, la liaison électrique entre tronçons de lignes de transmission successifs comporte au moins un fil de câblage dans un plan P perpendiculaire au plan principal PL du substrat.
Dans une autre réalisation, la liaison électrique entre deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1 ) des résonateurs R1 , R2,..Ri,... Rj,... Rk,..Rn comporte plusieurs fils de câblage en parallèle, chaque fil étant dans un respectif plan perpendiculaire au plan principal PL.
Dans une autre réalisation, les extrémités reliées par un fil de câblage de deux tronçons de lignes successifs tq, t(q+1 ) d'un résonateur Rj sont à proximité des extrémités de deux autres tronçons de lignes de transmission successifs reliés par un autre fil de câblage d'un autre résonateur Rk de façon que les surfaces formées par les fils de câblage des deux dits résonateurs Rj et Rk avec le plan principal PL soient en regard l'une de l'autre afin d'obtenir un couplage entre les deux résonateurs Rj et Rk.
Dans une autre réalisation, le substrat comporte plusieurs couches, le plan principal PL comportant les tronçons de lignes de transmission des résonateurs étant entre au moins deux couches superposées.
L'invention concerne aussi un procédé de réglage du filtre réglable selon l'invention en technologie planaire comportant un substrat diélectrique et n résonateurs R1 , R2,..Ri,... Rj,... Rk,..Rn intégrés au substrat, chaque résonateur comportant, sur un plan principal PL du substrat, une succession de tronçons t1 , t2,..tq,..tp de lignes de transmission planaires ayant chacun deux extrémités, p étant le nombre de tronçons de lignes de transmission planaires du résonateur Ri considéré, p étant égal ou supérieur à 2, q étant le rang du tronçon, une extrémité d'un tronçon tq d'un résonateur Ri étant en vis-à-vis et séparée d'une distance d d'une extrémité du tronçon suivant t(q+1 ) du même résonateur Ri, les extrémités en vis à-vis des tronçons successifs d'un résonateur Rq étant reliées par une ligne de transmission planaire Hl (30, 34) destinée à élever localement l'impédance caractéristique du résonateur Ri considéré,
caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de câblage, entre les extrémités en vis-à-vis de deux tronçon de lignes successifs tq, t(q+1 ) aux bornes des lignes de transmission planaires Hl, d'au moins un fil de câblage, dans un plan P perpendiculaire au plan principal PL du substrat, les longueurs des fils de câblage et leur points de connexion sur les extrémité des tronçons de lignes de transmission ayant été préalablement déterminés pour obtenir la fréquence de résonance souhaitée des résonateurs. Dans une mise en oeuvre du procédé de réglage, le filtre réglable étant un filtre passe bande comportant au moins un résonateur Rj et un résonateur Rk, le résonateur Rj ayant les extrémités en vis-à-vis de deux tronçons de lignes de transmission consécutifs tq, t(q+1 ) reliées par un fil de câblage à proximité des extrémités de deux autres tronçons de ligne de transmission consécutifs de l'autre résonateur Rk reliés par un autre fil de câblage, de façon que les surfaces formées par lesdits fils de câblage avec le plan principal PL des deux dits résonateurs Rj et Rk soient en regard l'une de l'autre, le procédé de réglage consistant à modifier la distance et la position entre l'un et l'autre fil de câblage des résonateurs Rj et Rk respectifs pour obtenir, par la modification du couplage entre le résonateur Rj et le résonateur Rk, la bande passante souhaitée .
Les principaux filtres visés par cette invention sont constitués de lignes parallèles couplées avec des résonateurs demi-ondes couplés en parallèle ou bien avec des résonateurs quart d'onde en peigne (faible bande passante) et/ou inter-digité (à large bande passante).
Cette technique de réalisation et de réglage de filtre planaires selon l'invention s'applique également : - aux filtres avec des zéros de transmission ou ZT, notamment lorsque ces zéros de transmission sont obtenus par couplages entre résonateurs non adjacents.
- aux filtres constitués de tronçons de lignes terminés en circuit ouvert ou en court-circuit ou « stubs >> en langue anglaise.
Toutes les réponses en fréquence des filtres radiofréquences selon l'invention sont envisageables à savoir : passe-bande, passe-bas, passe-haut, coupe bande, ou autres réponses, ainsi que toutes les fonctions d'approximations sont également concernées, telles que : Butterworth, Chebyshev, Bessel, Elliptique...
La description d'exemples de réalisation de filtres selon l'invention est faite pour des filtres passe-bande et en technologie des lignes microruban, mais l'invention s'applique de façon similaire à d'autres types de réponses en fréquence et à d'autres types de réalisations des lignes.
Les technologies de réalisation des résonateurs des filtres peuvent être celles des lignes micro-rubans ou des lignes planaires, réalisées de façon classique sur un substrat unique ou bien intégrées dans un empilage de substrats ou bien réalisée sur un substrat suspendu.
Cette technique s'applique également sur des fonctions d'adaptation d'impédance et les fonctions de correction en amplitude et/ou en phase, quelquefois appelées linéariseurs, dans les circuits électroniques hyperfréquence. L'invention sera mieux comprise à l'aide d'exemples de réalisations de filtres hyperfréquences en technologie planaire décrits en référence aux figures indexées dans lesquelles :
- les figure 1 , 2 et 3 représentent respectivement trois filtres coplanaires de l'état de l'art comportant trois résonateurs couplés ;
- la figure 4a, montre un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 1 ;
- la figure 4b montre un vue partielle de face du résonateur R3 du filtre de la figure 4a ;
- la figure 4c montre un vue partielle de face du résonateur R2 du filtre de la figure 4a ; - la figure 5, montre un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 2 ;
- la figure 6, montre un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 3 ;
- la figure 7 montre un exemple de réalisation d'un filtre passe- bande selon l'invention comportant des réglages sur les zéros de transmission ;
- la figure 8a, montre une variante de réalisation d'un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 1 .
- la figure 8b montre une vue partielle en coupe transversale au niveau de la partie centrale du résonateur R2 du filtre de la figure 8a ;
- la figure 8c montre une vue de dessus au niveau de la partie centrale du résonateur R2 du filtre de la figure 8a ;
- la figure 9a, montre une autre variante de réalisation du filtre réglable de la figure 8a ;
- la figure 9b montre une vue partielle en coupe transversale au niveau de la partie centrale du résonateur R2 du filtre de la figure 9a et ;
- la figure 9c montre une vue de dessus au niveau de la partie centrale du résonateur du filtre de la figure 9a.
Par la suite sont décrits des exemples de réalisations de filtres planaires et leur procédé de réglage selon l'invention.
La figure 4a, montre un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 1 .
Le filtre de la figure 4a selon l'invention comporte un résonateur demi-onde R2 couplé en parallèle sur la moitié de sa longueur avec deux résonateurs quart d'onde adjacents, un résonateur R1 relié par la ligne L1 à l'accès A1 du filtre et un résonateur R3 relié par la ligne L2 à l'accès A2 du filtre. Les trois résonateur R1 , R2, R3 sont réalisés sous forme de lignes micro-ruban sur un substrat diélectrique d'épaisseur h.
Selon une principale caractéristique du filtre planaire selon l'invention le résonateur R1 et le résonateur R3 comportent chacun deux tronçons t1 , t2 de lignes de transmission micro-ruban de même impédance caractéristique Zc et largueurs W, deux tronçon d'un même résonateur étant reliées par une ligne Hl 30 micro-ruban respective (Hl pour Haute Impédance), de largeur wi inférieure à la larguer W des tronçons de ligne t1 , t2. L'impédance de la ligne Hl 30 est de valeur bien plus élevée que l'impédance Z1 des tronçons de ligne t1 , t2.
La figure 4b montre un vue partielle de face du résonateur R3 du filtre de la figure 4a.
Les deux tronçons de ligne t1 , t2 et la ligne Hl 30 micro-ruban des résonateurs R1 et R3 sont alignés selon des axes respectifs EE', SS' parallèle à l'axe Ox d'un trièdre de référence Oxyz. Les bords b1 , b2 en vis- à-vis des tronçons de ligne sont séparés d'une distance d.
Le résonateur R2 demi-onde, entre le résonateur R1 et le résonateur R3, comporte quatre tronçons de ligne t1 , t2, t3 et t4 alignés selon un axe CC parallèle aux axes EE', SS'. Les tronçons successifs t1 , t2 d'un coté du résonateur R2 et les tronçons successifs t3 et t4 de l'autre côte du même résonateur R2 sont reliées par une ligne Hl 30 micro-ruban de largeur wi. Les tronçons successifs t2, t3, dans la partie centrale du résonateur R2 sont, eux, reliés par une autre ligne Hi 34 de largueur wi bien inférieure à la largueur de la ligne du résonateur R2. L'autre ligne Hi 34 entre les tronçons t2 et t3 du résonateur R2 est de longueur plus importante que la distance d séparant les bords en vis avis des tronçons t2 et t3 dudit résonateur R2. A cet effet l'autre ligne Hi 34 est sous forme d'un S comportant une partie centrale 40 perpendiculaire à l'axe CC du résonateur R2.
La figure 4c montre un vue partielle de face du résonateur R2 du filtre de la figure 4a.
Les lignes Hl 30 et l'autre ligne Hl 34 créent physiquement au niveau de leur emplacement entre les portions de lignes de transmission un rétrécissement des résonateurs et par conséquent une rupture d'impédance dans le résonateur.
La fréquence centrale fO du filtre passe bande de la figure 1 est principalement liée à la longueur électrique du résonateur R2. Le procédé de réglage du filtre de la figure 1 comporte au moins une étape de câblage, entre les extrémités en vis-à-vis des tronçons de lignes des trois résonateurs R1 , R2, R3 d'un élément de réglage ER, qui est, dans cette réalisation, un fil de câblage 50, 52 dans des plans perpendiculaires au plan principal PL du substrat.
Plus précisément, des premiers fils de câblage 50 assurent la connexion électrique entre tronçons de lignes sans couplage entre résonateurs. Des deuxièmes fils de câblage 52 assurent par leur disposition dans les résonateurs outre la connexion électrique entre tronçons de lignes, un certain couplage entre résonateurs.
Les longueurs des fils de câblage 50, 52 et leur point de connexion sur les extrémités de tronçons de lignes sont ajustés pour obtenir la fréquence centrale fO souhaitée.
La figure 4d montre une vue de détail en coupe transversale du résonateur R2 montrant le premier fil de câblage 50 soudé entre les extrémités des deux tronçons t2, t3 dans la partie centrale du résonateur R2.
Dans le filtre de la figure 4a, les tronçons de lignes t1 , t2 sont réalisés de façon que les lignes Hl 30 des résonateurs R1 et R2 se trouvent en vis-à-vis. De la même façon les tronçons t3, t4 du résonateur R2 et les tronçons t1 , t2 du résonateur R3 sont réalisés de façon que les lignes Hl 30 se trouvent aussi en vis-à-vis. Des deuxièmes fils de câblage 52 soudés en parallèle avec les lignes Hl 30 permettra la modification du couplage entre résonateurs en ajustant leur position relative ou leur proximité. La modification de ce couplage permettra l'ajustement, dans le cas du filtre de la figure 1 , de sa bande passante de façon relativement indépendante de l'ajustement de sa fréquence centrale fO par l'ajustement des longueurs des premiers 50 et deuxième 52 fils de câblage. D'une façon générale, au cours du réglage des filtres selon l'invention, plusieurs éléments de réglage ER sous la forme de fils de câblage et/ou de rubans conducteur micro-câblé pourront être placés en parallèle avec les lignes haute impédance Hl 30, 34. Ces éléments de longueur fixe ou variable dont on fera varier la longueur et éventuellement, si possible, la position pour ajuster un couplage. En comparaison avec les fils de câblage, les rubans permettent d'obtenir de meilleurs coefficients de qualité et de supporter des puissances plus élevées. En revanche, la pose automatique de rubans est moins répandue que la pose automatique de fils de câblage.
Concrètement, d'une façon générale, quelque soit le type de filtre classique tels que par exemple représentés aux figures 1 , 2 et 3, il s'agit de réaliser au moins un rétrécissement des résonateurs R1 , R2,..Ri,..Rj,..Rk,....Rn sur une faible longueur pour élever localement l'impédance caractéristique par les lignes Hl 30, 34 (Haute Impédance) placées entre les tronçons t1 , t2,..tq,..tp des résonateurs et rallonger ainsi leur longueur électrique.
La longueur des lignes Hl 30, 34 haute impédance dépend de l'amplitude de correction recherchée sur les paramètres du filtre. Pour obtenir une amplitude de réglage suffisante par allongement ou raccourcissement de l'élément de réglage ER 50, 52 (fils de câblage) il faut agencer ou replier cette ligne Hl pour obtenir des points de jonction de l'élément de réglage ER avec les tronçons de lignes les plus proches possibles.
Par exemple, le rétrécissement des résonateurs R1 , R2, R3 du filtre passe bande de la figure 4a par l'incorporation des lignes Hl 30, 34 haute impédance entre les tronçons t1 , t2, t3, t4 de lignes de transmission et des éléments de réglage ER 50, 52 modifie la réponse du filtre d'origine tel que représenté à la figure 1 et il donc est nécessaire d'optimiser toute la structure du filtre pour assurer une réponse en fréquence optimale en position de réglage nominal.
La figure 5, montre un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 2 ;
La figure 6, montre un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 3.
Les filtres de la figure 5 et 6 comportent selon l'invention des tronçons de lignes micro-ruban, deux tronçons t1 , t2 par résonateur R1 , R2, R3 reliés par une ligne Hl 30 et une autre ligne Hl 34, des premiers fils de câblage 50 en parallèle avec les autres lignes Hl 34 et des deuxièmes fils de câblage 52 en parallèle avec les lignes Hl 30. Les deuxièmes fils de câblage 52 assurent un certain couplage entre résonateurs. Les filtres planaires selon l'invention peuvent être réalisés de façon à obtenir des éléments de réglage ER 50 non couplés entre eux, c'est à dire fortement éloignés et/ou orientés avec peu de surface en regard, ou/et des éléments de réglage ER 52 couplés.
Les éléments de réglage ER 50 non couplés sont utilisés pour agir de façon prépondérante sur la fréquence centrale fO du filtre. C'est par exemple le cas des premiers fils de câblage 50 de connexion des figures 4a, 5, 6, 8a et 9a. L'objectif est ici de trouver une implémentation du réglage qui influence peu la bande passante.
Les éléments de réglage ER 52 couplés entre eux, c'est à dire proches et orientés avec leurs surfaces en regard, sont utilisés pour agir sur la bande passante comme c'est le cas des deuxièmes fils de câblage 52 des Figures 4a, 5, 6, 7, 8a et 9a.
Il est possible de régler en même temps la fréquence centrale fO du filtre et sa bande passante Bp avec uniquement des éléments de réglage ER 52 couplés, en modifiant leur longueur et leur position relative sur les extrémités des tronçons de lignes. Cela conduit à une structure plus simple mais les réglages sont plus limités et plus complexes à mettre en œuvre.
En général, il faut optimiser la structure du filtre réglable selon l'invention pour obtenir les réglages de la fréquence centrale fO et de la bande passante Bp les moins corrélés possible et une amplitude de réglage appropriée. Cette optimisation dépend des performances attendues en réalisation en fonction des variations possibles des paramètres éléments constituant le filtre et des besoins de l'application (spécifications).
Le réglage des zéros de transmission ZT du filtre planaire est similaire dans sa mise en oeuvre aux réglages de la fréquence centrale fO et la bande passante Bp, par la caractéristique et la position des éléments de réglage ER et des lignes Hl dans les résonateurs. Dans ce cas, les éléments de réglage ER 54 couplés sont situés sur les zones des résonateurs qui modifient sensiblement les zéros de transmission ZT. La figure 7 montre un exemple de réalisation d'un filtre passe- bande selon l'invention comportant des réglages sur les zéros de transmission ZT.
Le filtre de la figure 7 comporte 2 résonateurs R1 et R3 de type quart d'onde et 3 résonateurs R4, R2, R5 de type demi-onde. Ces résonateurs sont considérés adjacents et directement couplés entre eux dans l'ordre R1 /R4/R2/R5/R3. Les résonateurs R4 et R5 sont considérés non-adjacents et volontairement couplés en leur centre pour générer des zéros de transmission ZT. Ce couplage particulier est appelé couplage transverse. Sous sa forme la plus usuelle, le filtre présente un axe de symétrie TT'.
Le résonateur R1 et le résonateur R3 comportent chacun deux tronçons t1 , t2 de lignes, le résonateur R2 trois tronçons t1 , t2, t3 de lignes de transmission, les résonateurs non-adjacents R4, R5 quatre tronçons de ligne chacun t1 , t2, t3, t4.
Des lignes Hl 30 reliant les tronçons des résonateurs R1 , R4, R2 sont alignées de préférence sur un même axe PP' parallèle à l'axe de symétrie TT' du filtre, des deuxièmes fils de câblage 52 sont soudés en parallèle de ces lignes Hl 30 pour obtenir un couplage entre ces résonateurs. La configuration de câblage est symétrique de l'autre côte de l'axe TT' sur un axe d'alignement QQ' des lignes Hl des résonateurs R3, R5, R2.
La configuration du filtre de la figure 7 est telle que les centres des résonateurs R4 et R5 comportent des lignes Hl 30 et des troisièmes fils de câblage 54 formant des surfaces parallèles avec le plan principal PL selon un plan parallèle au plan Oxy du trièdre de référence Oxyz. Ce sont ces couplages au niveau des centres des résonateurs R4 et R5 qui impliquent les zéros de transmission ZT du filtre de la figure 7 et la possibilité de réglage des dits zéros de transmission. Dans le cas de réalisation des filtres planaires selon l'invention, Il est possible d'utiliser un fil ou un ruban conducteur à la place de l'une 30 ou l'autre 34 ligne Hl micro-ruban dans les résonateurs pour réaliser une plus haute impédance. Dans certains cas, cela conduit à des pertes plus faibles. En revanche, cela ne permet pas de pré-visualiser simplement la réponse du filtre par une mesure avant la mise en place des fils de câblage 50, 52, 54. Cette dernière implémentation peut nécessiter deux phases de câblage, ce qui n'est pas optimal d'un point de vue industriel.
Dans certaines réalisations de filtres selon l'invention dite intégrée le substrat est un substrat multicouches comportant les tronçons t1 , t2,..tq,..tp de lignes de transmission intégrés entre au moins deux couches et donc non accessibles en surface par l'extérieur du filtre. Dans ce cas, le substrat comporte des trous métallisés au niveau des extrémités des tronçons de lignes de transmission reliant des plages métallisés sur la surface du substrat. La liaison électrique par fils de câblage 50, 52, 54 et/ou par lignes Hl 30, 34 peut être alors réalisée sur ces plages métallisées.
La figure 8a, montre une variante de réalisation d'un filtre réglable selon l'invention de même structure que le filtre de la figure 1 .
La figure 8b montre une vue partielle en coupe transversale au niveau de la partie centrale du résonateur R2 du filtre de la figure 8a.
La figure 8c montre une vue de dessus au niveau de la partie centrale du résonateur R2 du filtre de la figure 8a.
Le filtre de la figure 8a comporte un substrat multicouches 90 ayant deux couches C1 , C2 superposées et, enfouis entre ces deux couches C1 , C2, des tronçons de lignes t1 , t2, t3, t4 et d'autres lignes Hl 34 reliant ces tronçons pour former les résonateurs R1 , R2 et R3.
Le substrat multicouche comporte une face supérieure 13 et une face opposée inférieure 14 métallisée. La face supérieur 13 comporte des plages métallisées 82 reliées par des trous métallisés 80 dans la couche C1 aux extrémités de tronçons de lignes de transmission enfouis dans le substrat 90. Les éléments de réglage ER, soit des fils de câblage 50, 52 sont fixés sur ces plages métallisées 82 sur la face supérieure 13 du substrat 90.
Les autres lignes Hl 34 sont sur la même face du substrat (plan principal PL) que les tronçons de lignes enfouis.
La face supérieure 13 peut également présenter un plan de masse évidé autour des plages métallisées 82.
La figure 9a, montre une autre variante de réalisation du filtre réglable de la figure 8a sur substrat multicouches. La figure 9b montre une vue partielle en coupe transversale au niveau de la partie centrale du résonateur R2 du filtre de la figure 9a.
La figure 9c montre une vue de dessus au niveau de la partie centrale du résonateur du filtre de la figure 9a.
Dans le cas du filtre de la figure 9a les autres lignes Hl 34 sont réalisées avec les plages métallisées 82 sur la face supérieure 13 du substrat multicouches 90, les plages métallisées et les autres lignes Hl 34 sont reliées aux extrémités des tronçons de lignes de transmission enfouis par les trous métallisés 80 dans la couche C1
Dans le cas d'un filtre intégré dans un substrat multicouches, il est possible d'ajuster des éléments de réglage ER sur la partie supérieure de l'empilement des couches du substrat de façon à ajuster la réponse du filtre au plus près du résultat attendu. Cet ajustement se faisant cette fois par modification au laser ou bien par gravure, après avoir caractérisé la partie non accessible du filtre.
La principale partie du filtre étant enrobée et déjà réalisée, les incertitudes sur la réalisation de la partie supérieure complémentaire ont un effet très réduit sur le résultat final.
Cette partie supérieure peut notamment être mise à profit pour réaliser et ajuster des couplages transverses entre résonateurs non- adjacents et ainsi introduire et contrôler des zéros de transmission ZT supplémentaires. La technique proposée dans cette invention, permet d'effectuer des ajustements fins, sur des structures de filtres constitués de lignes de transmission planaires.
Les plans de masse ne sont par représentés sur les figures 1 à 9a qui illustrent les exemples de filtres. Selon le cas, il peut y avoir un seul plan de masse situé juste au-dessous du premier substrat (cas des lignes microruban), ou bien à distance au-dessous de celui-ci (cas micro-ruban suspendu). Il peut aussi y avoir un second plan de masse au-dessus de la structure, par exemple sur la face supérieure du substrat supérieur (6), ouvert autour des éléments qui doivent rester accessibles. Le filtre planaire et son procédé de réglage selon l'invention comporte les avantages suivants :
- une gestion des problèmes de rendement de fabrication liés aux tolérances de fabrication et aux tolérances des caractéristiques électriques des matériaux,
- la réalisation des sous-ensembles hybrides complexes avec des filtres intégrés, sans que les performances de ces filtres ne pénalisent le rendement de fabrication de l'ensemble,
- la réalisation des filtres avec des matériaux ou des procédés très performants, comme des substrats à haute permittivité ou des empilages complexes de substrats qui sont impactés par des tolérances importantes sur leurs dimensions et sur les propriétés des matériaux.
Cette technique repose sur des moyens conventionnels de fabrication en microélectronique: Pose de fils de câblage et/ou de rubans conducteurs de longueur déroulée et de positions maîtrisées. La réponse du filtre est ajustée en faisant varier les dimensions et les points d'attache des fils de câblage et/ou des rubans conducteurs.
Cette technique de réglage est bien adaptée aux forts volumes de production car elle peut être complètement automatisée. Elle permet :
- d'ajuster la réponse du filtre au plus près du besoin avec des dispersions résiduelles très faibles liées aux matériaux et à la réalisation.
- d'ajuster le filtrage in situ, c'est à dire en fonction des caractéristiques de son environnement, voire en fonction de plusieurs applications (plusieurs fonctions de filtrage réalisables à partir d'une même structure).
Par ailleurs, le fait de finaliser la réponse du filtre après intégration de l'ensemble permet de libérer la sous-traitance (sur la première partie de réalisation), d'éventuelles contraintes de confidentialité dans le cas de réalisation d'équipements classifiés.
Les ruptures d'impédance pratiquées dans les résonateurs apportent des degrés de liberté supplémentaires qui permettent d'agir sur la réponse en fréquence avec plus de possibilités. Cela peut conduire à un nombre inférieur de résonateurs par rapport à une structure classique non réglable.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Filtre radiofréquences réglable en technologie planaire comportant un substrat diélectrique (8, 90) et n résonateurs R1 , R2,..Ri,... Rj,... Rk,..Rn intégrés au substrat,
caractérisé en ce que chaque résonateur comporte, sur un plan principal PL du substrat, une succession de tronçons t1 , t2,..tq,..tp de lignes de transmission planaires ayant chacun deux extrémités, p étant le nombre de tronçons de lignes de transmission planaires du résonateur Ri considéré, p étant égal ou supérieur à 2, q étant le rang du tronçon, une extrémité d'un tronçon tq d'un résonateur Ri étant en vis-à-vis et séparée d'une distance d d'une extrémité du tronçon suivant t(q+1 ) du même résonateur Ri, les extrémités en vis à-vis des tronçons successifs d'un résonateur Ri étant reliées par une liaison électrique (30, 34, 50, 52, 54) élevant localement l'impédance caractéristique (Zc) du résonateur Ri considéré.
2. Filtre radiofréquences selon la revendication 1 , caratérisé en ce que la liaison électrique entre deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1 ) des résonateurs R1 , R2,..Ri,... Rj,... Rk,..Rn est une ligne Hl (30) de transmission planaire d'impédance caractéristique supérieure à l'impédance caractéristique (Zc) du résonateur Ri considéré.
3. Filtre radiofréquences selon la revendication 2, caratérisé en ce que la longueur de la ligne Hl (34) de transmission planaire est plus grande que la distance d entre les extrémités en vis-à-vis de deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1 ) de façon à augmenter la longueur électrique des résonateurs R1 , R2,..Ri,... Rj,... Rk,..Rn.
4. Filtre radiofréquences selon l'une des revendications 1 à 3, caratérisé en ce que la liaison électrique des tronçons de lignes de transmission successifs comporte au moins un fil de câblage (50, 52, 54), dans un plan P perpendiculaire au plan principal PL du substrat.
5. Filtre radiofréquences selon la revendication 4, caratérisé en ce que la liaison électrique entre deux tronçons de lignes de transmission successifs tq, t(q+1 ) des résonateurs R1 , R2,..Ri,... Rj,... Rk,..Rn comporte plusieurs fils de câblage (50, 52) en parallèle, chaque fil étant dans un respectif plan perpendiculaire au plan principal PL.
6. Filtre radiofréquences selon l'une des revendications 4 ou 5, caratérisé en ce que les extrémités reliées par un fil de câblage (52, 54) de deux tronçons de lignes successifs tq, t(q+1 ) d'un résonateur Rj sont à proximité des extrémités de deux autres tronçons de lignes de transmission successifs reliés par un autre fil de câblage d'un autre résonateur Rk de façon que les surfaces formées par les fils de câblage des deux dits résonateurs Rj et Rk avec le plan principal PL soient en regard l'une de l'autre afin d'obtenir un couplage entre les deux résonateurs Rj et Rk.
7. Filtre radiofréquences selon l'une des revendications 1 à 6, caratérisé en ce que le substrat (90) comporte plusieurs couches (C1 , C2), le plan principal PL comportant les tronçons de lignes de transmission des résonateurs étant entre au moins deux couches superposées (C1 , C2)
8. Procédé de réglage du filtre réglable selon l'invention en technologie planaire comportant un substrat diélectrique (8, 90) et n résonateurs R1 , R2,..Ri,... Rj,... Rk,..Rn intégrés au substrat, chaque résonateur comportant, sur un plan principal PL du substrat, une succession de tronçons t1 , t2,..tq,..tp de lignes de transmission planaires ayant chacun deux extrémités, p étant le nombre de tronçons de lignes de transmission planaires du résonateur Ri considéré, p étant égal ou supérieur à 2, q étant le rang du tronçon, une extrémité d'un tronçon tq d'un résonateur Ri étant en vis-à-vis et séparée d'une distance d d'une extrémité du tronçon suivant t(q+1 ) du même résonateur Ri, les extrémités en vis à-vis des tronçons successifs d'un résonateur Rq étant reliées par une ligne de transmission planaire Hl (30, 34) destinée à élever localement l'impédance caractéristique (Zc) du résonateur Ri considéré,
caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de câblage, entre les extrémités en vis-à-vis de deux tronçon de lignes successifs tq, t(q+1 ) aux bornes des lignes de transmission planaires Hl (30, 34), d'au moins un fil de câblage, dans un plan P perpendiculaire au plan principal PL du substrat, les longueurs des fils de câblage et leur points de connexion sur les extrémités des tronçons de lignes de transmission ayant été préalablement déterminés pour obtenir la fréquence de résonance souhaitée des résonateurs.
9. Procédé de réglage d'un filtre radiofréquences selon la revendication 8, le filtre réglable étant un filtre passe bande comportant au moins un résonateur Rj et un résonateur Rk, le résonateur Rj ayant les extrémités en vis-à-vis de deux tronçons de lignes de transmission consécutifs tq, t(q+1 ) reliées par un fil de câblage à proximité des extrémités de deux autres tronçons de ligne de transmission consécutifs de l'autre résonateur Rk reliés par un autre fil de câblage, de façon que les surfaces formées par lesdits fils de câblage avec le plan principal PL des deux dits résonateurs Rj et Rk soient en regard l'une de l'autre, le procédé de réglage consistant à modifier la distance et la position entre l'un et l'autre fil de câblage des résonateurs Rj et Rk respectifs pour obtenir, par la modification du couplage entre le résonateur Rj et le résonateur Rk, la bande passante souhaitée.
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