WO2023214139A1 - Ensemble de connexion d'au moins une piste d'un circuit imprimé à un guide d'ondes en plastique - Google Patents

Ensemble de connexion d'au moins une piste d'un circuit imprimé à un guide d'ondes en plastique Download PDF

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Publication number
WO2023214139A1
WO2023214139A1 PCT/FR2023/050473 FR2023050473W WO2023214139A1 WO 2023214139 A1 WO2023214139 A1 WO 2023214139A1 FR 2023050473 W FR2023050473 W FR 2023050473W WO 2023214139 A1 WO2023214139 A1 WO 2023214139A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
printed circuit
transition element
track
plastic guide
connector
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/050473
Other languages
English (en)
Inventor
Marco Klingler
Louis GRAUWIN
Anthony Ghiotto
Eric Kerherve
Original Assignee
Psa Automobiles Sa
Centre National De La Recherche Scientifique
Institut Polytechnique De Bordeaux
Universite de Bordeaux
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Psa Automobiles Sa, Centre National De La Recherche Scientifique, Institut Polytechnique De Bordeaux, Universite de Bordeaux filed Critical Psa Automobiles Sa
Publication of WO2023214139A1 publication Critical patent/WO2023214139A1/fr

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Classifications

    • 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
    • H01P5/087—Transitions to a dielectric waveguide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/16—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion
    • H01P1/161—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion sustaining two independent orthogonal modes, e.g. orthomode transducer

Definitions

  • the present invention claims the priority of French application 2204232 filed on 04.05.2022, the content of which (text, drawings and claims) is here incorporated by reference.
  • the present invention belongs to the field of radio links using electromagnetic wave guides, in particular plastic guides.
  • Both signals may be transmitted by the same entity, or received by the same entity, or one of the signals may be transmitted by one entity while the other signal is received by that same entity.
  • the two signals can then be in the same frequency band.
  • an orthomode transducer includes a common port to propagate the signals in a waveguide and two ports to receive/send the signals at the terminal.
  • the orthomode transducer routes the forward signal arriving from one of its two accesses to one of the polarizations of its common port. Likewise, it routes the return signal to the other of its two accesses via the other of the two polarizations of its common port.
  • Such a transducer has a complex structure to manufacture, and is not suitable for being connected to tracks of a printed circuit.
  • orthomode septum transducer is used in association with a rectangular metal waveguide, and in no way allows coupling with a plastic electromagnetic waveguide. Furthermore, although simpler to manufacture, this orthomode septum transducer does not allow coupling with a printed circuit.
  • a final solution involves integrating an orthomode septum transducer into a printed circuit. This solution is described in the document “A Compact Substrate Integrated Waveguide Notched-Septum Polarizer for 5G Mobile Devices”, K. Al-amoodi et Al, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, VOL. 19, No 12, December 2020.
  • a multilayer substrate includes a layer on which the orthomode septum is etched. Due to its integration directly into the substrate, the connection of the orthomode septum transducer to the tracks of the printed circuit is greatly facilitated.
  • the present invention improves the situation.
  • a first aspect of the invention relates to a connection assembly comprising:
  • a printed circuit comprising an orthomode transducer integrated into the printed circuit, the orthomode transducer being able to be connected to a first track via a first access and connected to a second track via a second access, the orthomode transducer having a common port and a septum-type metal blade capable of orthogonally polarizing together first and second signals respectively coming from the first and second tracks towards the common port; a connector capable of receiving the printed circuit on one side of the connector and of receiving a plastic electromagnetic waveguide on another side of the connector, and capable of maintaining the plastic guide in a given position relative to the printed circuit;
  • the invention thus allows a mechanical connection between a SIW type orthomode transducer and a plastic waveguide, as well as good impedance matching through the presence of a transition element. This makes it possible to use a plastic waveguide to carry orthogonally polarized signals, making bidirectional communication possible via a single waveguide, or to double the throughput of unidirectional communications.
  • the connector may comprise a male part and a female part, a first part among the male and female parts being able to receive the printed circuit, and a second part among the male and female parts being able to receive the plastic guide, a portion of the male part having a complementary shape to a portion of the female part, the male and female parts being able to be connected by interlocking said portions.
  • transition element may comprise a male transition element capable of being integrated into the male part of the connector, and a female transition element capable of being integrated into the female part of the connector.
  • the impedance adaptation is carried out at the same time as the mechanical connection, which facilitates the connection of the plastic guide to the printed circuit.
  • the male transition element may comprise a first central portion and the female transition element may comprise a second central portion, the second central portion partially surrounding the first central portion, or the first central portion of the element partially surrounding the second central portion of the male transition element, when the male and female parts of the connector are connected.
  • the transport of electromagnetic waves between the printed circuit and the plastic waveguide is thus improved, which ensures coupling with good impedance matching between these two elements.
  • the printed circuit may be multi-layered and may comprise at least three layers, including a first layer comprising the first track, a second layer comprising the second track, and a third layer comprising a ground plane in which The septum-type metal blade of the orthomode transducer is integrated.
  • the compactness of the printed circuit is thus improved, while facilitating the integration of the orthomode transducer into the substrate.
  • the transition element may comprise a rear portion oriented towards the side capable of receiving the plastic guide and the rear portion may comprise an internal surface in the shape of a truncated cone.
  • the thickness of the printed circuit may thus differ from a transverse dimension of the plastic guide, such as the diameter of the plastic guide.
  • the assembly may comprise a first transition element capable of guiding a first electromagnetic wave associated with a first electrical signal coming from the first track towards the first access of the orthomode transducer, and may comprise a second transition element capable of guiding a second electromagnetic wave associated with a second electrical signal coming from the second track towards the second access of the orthomode transducer, the transition element capable of transmitting electromagnetic waves between the plastic guide and the common port of the transducer being a third transition element.
  • Such transitions between the tracks and the orthomode transducer ensure the integrity of the signals transported between these elements, in particular the conversion of an electrical signal in the tracks into an electromagnetic wave in the orthomode transducer.
  • the term "signal” designates both the electrical signal transported on the tracks, and the electromagnetic wave associated with it, and which is transmitted from the orthomode transducer to the plastic waveguide.
  • the signal electric and the electromagnetic wave carry the same information, which is therefore generically referred to as “signal”.
  • the connector may comprise at least one cylindrical portion with a slot capable of receiving the printed circuit.
  • the transition element may comprise at least one portion having an internal surface of cut cone section, the extreme diameters of said internal surface depending on a thickness of the printed circuit on the one hand and on a transverse dimension of the plastic guide on the other hand.
  • Such an embodiment makes it easier to insert the plastic guide into the connection assembly, and avoids handling errors.
  • the printed circuit may be capable of:
  • FIG. 1 illustrates a connection assembly according to one embodiment
  • FIG. 2 illustrates a connector and a transition element of a connection assembly according to one embodiment
  • FIG 3 is a three-dimensional view of a connection assembly according to one embodiment
  • FIG 4 is a first sectional view of a connection assembly according to one embodiment of the invention.
  • FIG 5 is a second sectional view of a connection assembly according to one embodiment of the invention.
  • FIG 6a is a front view of a male part of a connector of a connection assembly according to one embodiment of the invention.
  • FIG 6b is a rear view of a male part of a connector of a connection assembly according to one embodiment of the invention.
  • FIG 7a is a front view of a female part of a connector of a connection assembly according to one embodiment of the invention.
  • FIG 7b is a rear view of a female part of a connector of a connection assembly according to one embodiment of the invention.
  • Figure 1 illustrates an assembly 100 for connecting a printed circuit 110 to a plastic electromagnetic waveguide 130, according to one embodiment of the invention.
  • Set 100 includes:
  • a printed circuit 110 comprising at least a first track 112.1 and a second track 112.2, and comprising an orthomode transducer 114, comprising a common port
  • a connector 120 capable of connecting the common port 116 of the orthomode transducer 114 to the plastic guide 130, and
  • the printed circuit 110 is a multi-layer circuit, comprising at least three layers of metal. In the following, the particular example of three layers is considered for illustrative purposes only.
  • a first layer can be dedicated to the first track 112.1 and a second layer can be dedicated to the second track 112.2.
  • the third layer is a ground plane 111.
  • the third layer can be included between the first layer and the second layer.
  • Each of the first and second tracks 112.1 and 112.2 is capable of propagating a signal from/to one or more components of the printed circuit 110.
  • Such components are in particular radio frequency communication components mounted on the printed circuit 110, or components dedicated to radar/lidar applications. No restriction is attached to such radio frequency communication components or components dedicated to radar/lidar applications, which include any component capable of generating and/or receiving and processing a signal transported on the first track 112.1 or on the second track 112.2 .
  • Such components are well known and are therefore not shown in Figure 1.
  • Each signal can come from one of the ports 117.1 and 117.2, or can be directed to one of the ports 117.1 and 117.2 depending on whether the signal is received or transmitted by the radio frequency components of the printed circuit 110.
  • tracks 112.1 and 112.2 which can be of the Microstrip type for example.
  • the orthomode transducer 114 is of the orthomode septum transducer type and for this purpose comprises a metal blade 115 of the septum type, called septum 115 below, and which can be integrated into the third layer of the integrated circuit 110.
  • the orthomode transducer 114 is thus SIW type as described previously.
  • a first transition element 113.1 can be provided in the printed circuit 110.
  • Such a first transition element 113.1 is able to improve the conversion of a signal electrical transported on track 112.1 into a signal in the form of an electromagnetic wave transmitted by the transducer 114, and, conversely, the conversion of a signal in the form of a wave electromagnetic transmitted by the transducer 114 into an electrical signal transported on the first track 112.1.
  • the printed circuit 110 may include a second transition element 113.2.
  • the second transition element 113.2 is able to improve the conversion of an electrical signal transported on the track 112.2 into a signal in the form of an electromagnetic wave transmitted by the transducer 114, and, conversely, the conversion of a signal in the form of an electromagnetic wave transmitted by the transducer 114 into an electrical signal transported on the second track 112.2.
  • the topology of the transition elements 113.1 and 113.2 depends on the topology of the first and second tracks, and the person skilled in the art is able to design such transition elements from given tracks.
  • the transition elements 113.1 and 113.2 are optional and improve the conversion of the aforementioned signals between an electrical signal and an associated electromagnetic wave.
  • the transition elements 113.1 and 113.2 depend in particular on the respective widths of the first and second tracks, and on the width of the orthomode transducer 114. They also depend on the electromagnetic properties of the printed circuit, in particular of the substrate of the printed circuit.
  • the septum 115 can be produced by etching in the third layer and can have a progressive, sloping, curved, stepped, rectangular, slotted or other profile. In the following, a stepped profile is considered, for illustrative purposes only.
  • the profile of the septum 115 defines the type of polarization which is provided or removed from the signals which circulate in the transducer 114.
  • the signals arrive in particular in the form of polarized electromagnetic waves from the plastic guide 130, in order to be able to be received from a single and same guide, and the polarization is removed before transmission of each of the signals in the form of electrical signals to the first track 112.1 or to the second track 112.2.
  • the signals can arrive from the first and second tracks 112.1 and 112.2 in the form of electrical signals, and they are polarized orthogonally in the form of electromagnetic waves by the transducer 114 for transmission in the plastic guide 130.
  • the polarizations of the signals can be orthogonal linear, orthogonal circular, therefore clockwise and counterclockwise, or any other pair of orthogonal polarizations. In what follows, orthogonal circular polarizations are considered, for illustration purposes only.
  • the connector 120 comprises the transition element 121 introduced previously, called third transition element 121 in the following.
  • the topology of the third transition element 121 depends on both the transducer 114 and the plastic guide 130.
  • the topology of the third transition element 121 in particular its shape and the material constituting it, is thus chosen so as to allow the transport of waves electromagnetics between the orthomode transducer 114 and the plastic guide 130.
  • the third transition element 121 may in particular be made of a metallic material.
  • the topology of the third element 121 is thus optimized by the person skilled in the art as a function of characteristics of the transducer 114 and of the plastic guide 130. Such characteristics may include the permittivity of the plastic guide, as well as the geometry and dimensions of the printed circuits. 110 and the plastic guide 130.
  • the topology of the third element 121 is defined as a function of a cross-section shape of the plastic guide 130, of a material of the plastic guide 130, of a section shape transverse of the orthomode transducer 114, and a material of the printed circuit in which the orthomode transducer 114 is integrated.
  • the third transition element 121 is of truncated conical shape.
  • an internal surface of the third element can be of truncated conical shape, so as to form a transition zone filled with air allowing the passage of electromagnetic waves between the orthomode transducer 114 and the plastic guide 130.
  • the third transition element can be a truncated pyramid or any other shape making it possible to form a transition zone allowing the circulation of the two signals decoupled by their polarization between the printed circuit and the plastic guide.
  • the plastic guide 130 which is outside the assembly 100, is capable of propagating two signals decoupled by their orthogonal polarizations.
  • it may be a plastic guide with a cross-shaped structure such as that described in patent application WO2017/191409 A1, surrounded by a cylindrical sheath.
  • the external connector 120 can be made of any material.
  • the external connector 120 can be made of plastic.
  • the external connector 120 can be connected to the printed circuit 110 by fixing means. Such a fixing means may be soldering or conforming the external connector 120 making it possible to insert the printed circuit 110 into the external connector 120.
  • the external connector 120 thus makes it possible to mechanically connect the plastic guide 130, the third transition element 121 and the printed circuit 110.
  • Figure 2 illustrates an external connector 120 according to one embodiment of the invention.
  • the external connector 120 may comprise two parts 120.1 and 120.2.
  • the two parts 120.1 and 120.2 can be of complementary shapes, and capable of inserting one of the parts, called male, into the other part, called female.
  • the female part may be part 120.1 while the male part may be part 120.2.
  • the third transition element 121 can also comprise two elements 121.1 and 121.2, namely a female transition element 121.1 associated with the female part 120.1 of the connector 120, and a transition element male 121.2 associated with the male part 120.2 of the connector 120.
  • the transition element 121 comprises a single element, disposed either in the female part 120.1 or in the male part 120.2 of the connector 120.
  • the female transition element 121.1 is associated with the male part 120.2 of the connector 120.
  • connector 120 and the male transition element 121.2 is associated with the female part 120.1 of the connector 120.
  • the third transition element 121 comprises two elements respectively arranged in the male and female parts 120.1 and 120.2 of the connector, but which are contiguous or even spaced apart, and which are thus not designated male and female, since they do not fit together.
  • the external connector 120 can be made of a single piece.
  • the connector 120 comprises two parts and that the third transition element comprises two male and female transition elements.
  • Such a separation into two parts of the connector 120 facilitates the establishment of the connection between the plastic guide 130 and the printed circuit 110, and prevents handling errors during the connection.
  • Figure 3 shows a three-dimensional view of a connection assembly 100 according to one embodiment of the invention.
  • Figure 3 shows how the orthomode transducer 114 can be integrated between the three layers 112.1, 112.2 and 111 of the printed circuit 110.
  • the layers 112.1 and 112.2 thus form upper and lower limits, according to two extreme positions in Y, l the Y axis being represented with reference to Figure 4.
  • a set of vias thus forms right and left walls, along the transition element 121.
  • Figure 4 shows a section along a Y-Z plane of a connection assembly 100 according to one embodiment of the invention.
  • Such a section makes it possible to observe the positioning of the septum 115 in the orthomode transducer 114.
  • the septum 115 is well formed in the ground plane 111, or third layer.
  • a SIW type transducer is thus produced, integrated into the printed circuit 110.
  • the third transition element 121 may comprise a female transition element 121.1 and a male transition element 121.2.
  • the female transition element 121.1 is arranged in the female part of the connector 120.1.
  • the female part of the connector 120.1 is capable of positioning and holding in position the printed circuit 110.
  • the female part of the connector 120.1 can comprise a slot whose width corresponds to a thickness of the printed circuit 110.
  • the female part of the connector 120.1 also comprises a hollow structure so as to accommodate the female transition element 121.1 and to allow precise positioning of the female transition element 121.1 relative to the printed circuit 110, in particular so that the The female transition element 121.1 surrounds the printed circuit 110 at the level of the orthomode septum transducer 114.
  • the female transition element 121.1 has at least one dimension greater than a comparable dimension of the transducer 114
  • the dimensions along the axes 121.1 defines a forward air zone 401, which is the leftmost air zone in the figure.
  • a front air zone is a transition allowing the passage of electromagnetic waves between the transducer 114 and the plastic waveguide 130.
  • the female transition element 121.1 comprises a surface interior of truncated conical shape, or of truncated pyramidal shape when the cross section of the plastic waveguide 130 is square or rectangular.
  • the male part 120.2 of the connector 120 may comprise: - a cylindrical rear portion 410.1, comprising an internal surface and an external surface, the internal surface defining an opening of diameter greater than the diameter of the plastic guide 130.
  • the rear portion 410.1 may have a shape other than a cylinder, its section then having dimensions greater than the dimensions of a transverse section of the plastic guide 130;
  • the cylindrical central portion 410.2 is a hollow cylinder, the diameter of which is less than that of the cylindrical rear portion, so as to grip the plastic guide 130.
  • the interior diameter of the central portion 410.2 and the interior and exterior diameters of the portion central 420.2 are thus defined from the diameter of the plastic guide 130. It will be understood that when the plastic guide 130 is not cylindrical, but of square or rectangular section, the central portions 410.2 and 420.2 are of a shape complementary to the plastic guide section 130;
  • a hollow front portion 410.3 with an internal surface of any shape and an external surface of section complementary to the internal surface of the central portion 430.1 described subsequently.
  • the dimensions of the internal surface of the front portion 410.3 are greater than the dimensions of the central portion 420.12 of the male transition element 121.2 and of the central portion 440.1 of the female transition element 121.1, which will be described later.
  • the female part 120.1 of the connector 120 may include:
  • the term “front” designates the elements of the connector or the male and female transition elements, which are shaped and arranged to be directed towards the printed circuit 110, while the term “rear” designates the elements shaped and arranged to be directed towards the plastic guide 130.
  • the male transition element 121.2 may include:
  • the female transition element 121.1 may include:
  • a hollow front portion 440.2 having a cylindrical external surface, with the exception of the passages at the slot, and an internal surface comprising a flat sub-portion for receiving the printed circuit 110, possibly with a groove for receiving the transducer 114 (visible only in Figure 7a), and a sub-portion in the shape of a truncated cone, when the plastic guide is cylindrical, or of a truncated pyramid, ensuring the junction between the flat sub-portion and the central portion 440.1, and allowing define the front air zone 401 allowing the transition of electromagnetic waves between the plastic guide 130 and the orthomode transducer 114.
  • the geometry of the different portions of the male and female transition elements and of the male and female parts of the connector can form empty zones 401, which may include air or any other fluid improving the coupling.
  • electromagnetic of the transducer 114 and the plastic guide 130 The front air zone allows the transition of electromagnetic waves between the plastic guide 130 and the orthomode transducer 114, while the rear air zone, formed by the internal surface of the rear part 121.2 allows the propagation of waves from surface to surface of the plastic waveguide 130.
  • the orthomode transducer 114 can include an extension which projects outside the printed circuit, and capable of allowing direct contact between the printed circuit and the plastic guide 130 in the leftmost empty zone 401 in Figure 4.
  • Figure 5 shows a sectional view along an X-Z plane of a connection assembly 100 according to one embodiment of the invention.
  • Such a sectional view only shows the second layer comprising the second track 112.2 and the third layer comprising the ground plane 111, in which the septum 115 is integrated.
  • a set of vias 501 delimits along the X axis the transducer 114, and in particular its septum 115.
  • Figures 6a and 6b illustrate three-dimensional front and rear views of the male part 120.2 of the connector 120 and the male transition element 121.2.
  • the male part 120.2 of the connector 120 may comprise:
  • the front portion 410.3 comprising an external surface 602 of a shape complementary to a corresponding external surface 703 of the female part 120.1 described subsequently, and an internal surface 604 of any shape, but of dimension greater than the external surface 606 of the male transition element 121.2 described below.
  • the male transition element 120.2 can include:
  • the rear portion 420.1 comprising an external surface not visible in Figure 6b but complementary to the internal surface 603 of the front portion of the male part 120.2.
  • Such an external surface can be cylindrical, when the internal surface 603 is also cylindrical.
  • the rear portion 420.1 further comprises an internal surface 605, visible in Figure 6b, in the shape of a truncated cone. Such a shape makes it possible to facilitate the insertion of the plastic guide 130 into the male part 120.2 of the connector 120 and to carry out an impedance adaptation between the plastic waveguide 130 and the transducer 114, in particular for the transfer of waves of surface ; And
  • the central portion 420.2 comprising a cylindrical external surface 606 and an equally cylindrical internal surface complementary to the plastic guide 130, so as to hold the plastic guide 130 tight.
  • Figures 7a and 7b illustrate front and rear three-dimensional views of the female part 120.1 of the connector 120 and the female transition element 121.1.
  • the female part 120.1 of the connector 120 can comprise:
  • the central portion 430.1 comprising an external surface 702, cylindrical for example, and an internal surface 703 of complementary shape to the external surface 602 of the front portion 410.3 of the male part 120.2, as described previously;
  • the front portion 430.2 comprising an external surface 702 in continuity with the external surface 702 of the central portion, but further comprising a slot 701 to accommodate the printed circuit 110, and an internal surface 704 cylindrical, and more generally of complementary section of the section of the external surface 706 of the front portion 440.2 of the female transition element 121.1.
  • the female transition element 121.1 may include: - the central portion 440.1 having a cylindrical outer wall 706 and an inner wall 707 also cylindrical and of complementary section to the outer wall 606 of the central portion 420.2 of the male transition element 121.2;
  • the front portion 440.2 having a cylindrical external wall complementary to the internal wall 704 of the portion 430.2 of the female part 120.1 of the connector 120, and having an internal wall 705 defining a slot in the continuity of the slot 701.
  • the internal wall comprises a flat part capable of being in contact with the printed circuit 110 when it is inserted in the slot 701.
  • the internal wall 705 can have a truncated cone part between the flat part and the central portion 440.1. Such a truncated cone part is due to the difference in dimension between the thickness of the printed circuit
  • the geometries of the portions of the male and female parts of the connector 120 as well as the male and female transition elements can vary, in particular depending on the shapes and dimensions of the printed circuit 110 and the plastic guide 130.
  • the transition elements are capable of adapting the impedance to the electromagnetic properties of the materials of the plastic guide 130 and the printed circuit 110.
  • the connector 120 can be made of plastic material while the third transition element 121 can be made of a metallic material.
  • connection assembly 100 when connected to the plastic guide 130 and for the transport of signals, is described below.
  • a TX transmission signal from the printed circuit 110 is transmitted to the plastic guide 130 and an RX reception signal from the plastic guide 130 is transmitted to the printed circuit 110.
  • the TX transmission signal comes from one of the two tracks 112.1 and 112.2, for example from the first track 112.1.
  • the TX signal is propagated by the first track 112.1, in the form of an electrical signal, then by the first transition element 113.1 until the first access 117.1 of the orthomode transducer 114.
  • the TX signal in the form of an electromagnetic wave, then passes through the transducer 114, and the septum 115 applies a predetermined polarization to it, for example a clockwise circular polarization.
  • the TX signal thus polarized is guided towards the common port 116 then propagated by the third transition element 121 towards the plastic guide 130 which transmits it in turn towards a given system to which it is connected.
  • the RX reception signal is propagated by the plastic guide 130 in the form of an electromagnetic wave from this same system. It then has a given polarization allowing it to be decoupled from the TX signal, for example an anti-clockwise circular polarization.
  • the RX signal is received by the third transition element 121 then transmitted to the orthomode transducer 114. Since the polarization of the RX signal is orthogonal to the polarization of the TX signal, the RX signal is transmitted to the second port 117.2 of the orthomode transducer 114 and septum 115 removes its polarization.
  • the RX signal is then propagated in the form of an electrical signal by the second transition element 113.2 then by the second track 112.2, to a component of the printed circuit 110 capable of processing the RX signal.
  • the orthogonal polarizations allowed by the orthomode transducer 114 make it possible to transmit two signals in the same direction, that is to say in transmission or reception. It is thus possible to emit two signals TX1 and TX2 from the first and second tracks 112.1 and 112.2, to propagate them in the plastic guide 130, or to receive two signals RX1 and RX2 coming from the plastic guide 130 for the distribute separately between the first track 112.1 and the second track 112.2.
  • the printed circuit 110 can therefore, by means of the assembly 100 according to the invention, receive two signals transported at the same time on a plastic guide, transmit two signals at the same time towards the plastic guide, or carry out simultaneous bidirectional communication via the plastic guide 130. Transmitting or receiving two signals in the same direction doubles the transmission/reception rate.
  • the printed circuit may comprise a single track, although the orthomode transducer 114 is capable of transferring two signals in parallel.
  • connection assembly 100 has the advantage of carrying out an impedance adaptation between the SIW orthomode transducer 114 and the plastic guide 130, at the same time as a mechanical connection between these two elements.
  • the 100 assembly requires designing only one transmitter/receiver pair in the same frequency band instead of two pairs centered on two separate frequencies.
  • the present invention thus allows:
  • the mechanical structure of the assembly 100 according to the invention is compact and simple, which facilitates its manufacture and industrialization. In fact, the connection between the tracks of the printed circuit and the plastic guide is in the same plane;
  • the invention allows a small footprint and does not require its own power supply as required by optical-to-electrical or electrical-to-optical interconnectors.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above by way of examples; it extends to other variants.

Landscapes

  • Waveguide Connection Structure (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

L'invention concerne un ensemble de connexion (100) comprenant : un circuit imprimé (110) comprenant un transducteur orthomode (114) intégré dans le circuit imprimé, le transducteur orthomode ayant un port commun (116) et une lame métallique (115) de type septum apte à polariser orthogonalement entre eux des premier et deuxième signaux respectivement issus de première et deuxième pistes (112.1;112.2) vers le port commun; un connecteur apte à recevoir le circuit imprimé et à recevoir un guide d'ondes électromagnétiques en plastique (130), et apte à maintenir le guide en plastique dans une position donnée par rapport au circuit imprimé; et un élément de transition apte à transmettre des ondes électromagnétiques entre le guide en plastique et le port commun lorsque le guide en plastique est dans ladite position donnée.

Description

Description
Titre : Ensemble de connexion d’au moins une piste d’un circuit imprimé à un guide d’ondes en plastique
La présente invention revendique la priorité de la demande française 2204232 déposée le 04.05.2022 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence. La présente invention appartient au domaine des liaisons radioélectriques par guide d’ondes électromagnétiques, en particulier de guides en plastique.
Elle est particulièrement avantageuse dans le cas de transmissions de fréquences comprises entre 10 GHz et 10 THz avec des débits de transmission/réception élevés.
Il est préférable de transmettre et/ou de recevoir plusieurs signaux via un même guide d’ondes électromagnétiques, notamment afin de réaliser de tels débits sans induire d’encombrement trop important qui serait lié à une multiplication des guides d’ondes.
Une solution est décrite dans le document « A 12.5+12.5 Gb/s Full-Duplex Plastic Waveguide Interconnect », de Satoshi Fukuda et Al, IEEE Journal of Solide-State Circuits, Vol.46, 12, décembre 2011. Cette solution propose d’utiliser un guide plastique pour établir une communication bidirectionnelle. A cet effet, deux fréquences distinctes sont prévues pour la réception et pour la transmission de signaux.
Toutefois, une telle solution ne permet pas d’utiliser une seule bande de fréquences pour réaliser la communication bidirectionnelle.
Il est connu d’utiliser des guides d’ondes électromagnétiques en plastique capables de transporter deux signaux de polarisations orthogonales. Les deux signaux peuvent être transmis par la même entité, ou reçus par la même entité, ou l’un des signaux peut être transmis par une entité tandis que l’autre signal est reçu par cette même entité. Les deux signaux peuvent alors être dans la même bande de fréquences.
A titre d’exemple, la demande de brevet internationale publiée sous le numéro WO2017/191409 A1 propose un guide plastique en forme de croix, permettant de découpler les deux signaux de polarisations orthogonales qu’il transporte. Toutefois, ce document ne décrit nullement comment raccorder un tel guide en plastique à un terminal, notamment lorsque le terminal comprend des composants de petites tailles et que le guide en plastique doit être raccordé à un circuit imprimé.
Il est connu d’utiliser un transducteur orthomode pour réaliser le routage de signaux de polarisations orthogonales entre un guide d’ondes électromagnétiques et un terminal, afin de permettre au terminal de traiter séparément les signaux reçus/envoyés.
A cet effet, un transducteur orthomode comprend un port commun pour propager les signaux dans un guide d’ondes et deux accès pour recevoir/envoyer les signaux au niveau du terminal.
Dans le cas d’une transmission bidirectionnelle, le transducteur orthomode réalise le routage du signal aller arrivant depuis l’un de ses deux accès vers une des polarisations de son port commun. De même, il réalise le routage du signal retour vers l’autre de ses deux accès via l’autre des deux polarisations de son port commun.
Un tel transducteur orthomode couplé à un guide d’ondes métallique est présenté dans le document « Classification of Ortho-Mode Tranducers », Anton Boifot, Transactions on Emerging Telecommunications Technologies, Volume 2, Issue 5, Septembre 1991, pages 503-510.
Toutefois, un tel transducteur présente une structure complexe à fabriquer, et n’est pas adapté à être connecté à des pistes d’un circuit imprimé.
Une structure moins complexe de transducteur orthomode est présentée dans le document « New Compact OMT based on a Septum Solution », P. Sarasa et Al, Proceedings of the 5th European Conference on Antennas and Propagation, 11 avril 2011. Dans cette solution, l’opération de routage est réalisée par une lame de métal appelée Septum, et le transducteur est appelé septum orthomode.
Toutefois, un tel transducteur septum orthomode est utilisé en association avec un guide d’ondes métallique rectangulaire, et ne permet aucunement un couplage avec un guide d’ondes électromagnétiques en plastique. De plus, bien que plus simple de fabrication, ce transducteur septum orthomode ne permet pas un couplage avec un circuit imprimé.
Une dernière solution prévoit d’intégrer un transducteur septum orthomode dans un circuit imprimé. Cette solution est décrite dans le document « A Compact Substrate Integrated Waveguide Notched-Septum Polarizer for 5G Mobile Devices », K. Al-amoodi et Al, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, VOL. 19, No 12, Décembre 2020.
Il est réalisé avec une technologie appelée guide d’ondes intégré au substrat, ou SIW, pour « Substrate Integrated Waveguide » en anglais. Un substrat multicouches comprend une couche sur laquelle est gravée le septum de l’orthomode. Du fait de son intégration dans le substrat directement, la connexion du transducteur septum orthomode à des pistes du circuit imprimé est grandement facilitée.
Il n’est toutefois aucunement permis de raccorder le port commun d’un tel SIW à un guide d’onde plastique, pour des raisons notamment de forte désadaptation d’impédance.
Il existe ainsi un besoin de permettre le raccordement avec une bonne adaptation d’impédance d’un guide d’ondes électromagnétique plastique, tel que celui présenté dans la demande internationale mentionnée ci-dessus, à au moins une piste d’un circuit imprimé.
La présente invention vient améliorer la situation.
A cet effet, un premier aspect de l’invention concerne un ensemble de connexion comprenant :
• un circuit imprimé comprenant un transducteur orthomode intégré dans le circuit imprimé, le transducteur orthomode étant apte à être connecté à une première piste via un premier accès et connecté à une deuxième piste via un deuxième accès, le transducteur orthomode ayant un port commun et une lame métallique de type septum apte à polariser orthogonalement entre eux des premier et deuxième signaux respectivement issus des première et deuxième pistes vers le port commun; un connecteur apte à recevoir le circuit imprimé d’un côté du connecteur et à recevoir un guide d’ondes électromagnétiques en plastique d’un autre côté du connecteur, et apte à maintenir le guide en plastique dans une position donnée par rapport au circuit imprimé ;
• un élément de transition apte à transmettre des ondes électromagnétiques entre le guide en plastique et le port commun du transducteur, lorsque le guide en plastique est dans ladite position donnée.
L’invention permet ainsi un raccordement mécanique entre un transducteur orthomode de type SIW et un guide d’ondes en plastique, ainsi qu’une bonne adaptation d’impédance par la présence d’un élément de transition. Il est ainsi rendu possible d’utiliser un guide d’ondes en plastique pour transporter des signaux polarisés orthogonalement, ce qui rend possible une communication bidirectionnelle via un seul guide d’ondes, ou de doubler le débit de communications unidirectionnelles.
Selon un mode de réalisation, le connecteur peut comprendre une partie mâle et une partie femelle, une première partie parmi les parties mâle et femelle étant apte à recevoir le circuit imprimé, et une deuxième partie parmi les parties mâle et femelle étant apte à recevoir le guide en plastique, une portion de la partie mâle ayant une forme complémentaire d’une portion de la partie femelle, les parties mâle et femelle étant aptes à être reliées par emboîtement desdites portions.
Une telle séparation en deux parties simplifie la mise en place de la connexion entre le guide en plastique et le circuit imprimé et évite de commettre des erreurs de manipulation.
En complément, l’élément de transition peut comprendre un élément de transition mâle apte à être intégré dans la partie mâle du connecteur, et un élément de transition femelle apte à être intégré dans la partie femelle du connecteur.
Ainsi, l’adaptation d’impédance est réalisée en même temps que la connexion mécanique ce qui facilite le raccordement du guide en plastique au circuit imprimé.
Encore en complément, l’élément de transition mâle peut comprendre une première portion centrale et l’élément de transition femelle peut comprendre une deuxième portion centrale, la deuxième portion centrale entourant partiellement la première portion centrale, ou la première portion centrale de l’élément entourant partiellement la deuxième portion centrale de l’élément de transition mâle, lorsque les parties mâle et femelle du connecteur sont reliées. Le transport des ondes électromagnétiques entre le circuit imprimé et le guide d’ondes en plastique est ainsi amélioré, ce qui assure un couplage avec une bonne adaptation d’impédance entre ces deux éléments.
Selon un mode de réalisation, le circuit imprimé peut être multi-couches et peut comprendre au moins trois couches, incluant une première couche comprenant la première piste, une deuxième couche comprenant la deuxième piste, et une troisième couche comprenant un plan de masse dans lequel est intégrée la lame métallique de type septum du transducteur orthomode.
La compacité du circuit imprimé est ainsi améliorée, tout en facilitant l’intégration du transducteur orthomode dans le substrat.
Selon un mode de réalisation, l’élément de transition peut comprendre une portion arrière orientée vers le côté apte à recevoir le guide en plastique et la portion arrière peut comprendre une surface interne en forme de cône tronqué.
Il est ainsi rendu possible de raccorder des éléments ayant des dimensions différentes. Par exemple, l’épaisseur du circuit imprimé peut ainsi différer d’une dimension transversale du guide en plastique, tel que le diamètre du guide en plastique.
Selon un mode de réalisation, l’ensemble peut comprendre un premier élément de transition apte à guider une première onde électromagnétique associée à un premier signal électrique issu de la première piste vers le premier accès du transducteur orthomode, et peut comprendre un deuxième élément de transition apte à guider une deuxième onde électromagnétique associée à un deuxième signal électrique issu de la deuxième piste vers le deuxième accès du transducteur orthomode, l’élément de transition apte à transmettre des ondes électromagnétiques entre le guide en plastique et le port commun du transducteur étant un troisième élément de transition.
De telles transitions entre les pistes et le transducteur orthomode permettent d’assurer l’intégrité des signaux transportés entre ces éléments, notamment la conversion d’un signal électrique dans les pistes en une onde électromagnétique dans le transducteur orthomode. Dans la présente description, le terme « signal » désigne à la fois le signal électrique transporté sur les pistes, et l’onde électromagnétique qui lui est associée, et qui est transmise du transducteur orthomode vers le guide d’onde en plastique. En effet, le signal électrique et l’onde électromagnétique portent la même information, qui est donc désignée de manière générique par le terme « signal ».
Selon un mode de réalisation, le connecteur peut comprendre au moins une portion cylindrique avec une fente apte à recevoir le circuit imprimé.
L’assemblage du connecteur et du circuit imprimé est ainsi facilité.
Selon un mode de réalisation, l’élément de transition peut comprendre au moins une portion ayant une surface interne de section en cône coupé, les diamètres extrêmes de ladite surface interne dépendant d’une épaisseur du circuit imprimé d’une part et d’une dimension transversale du guide plastique d’autre part.
Un tel mode de réalisation permet de faciliter l’insertion du guide en plastique dans l’ensemble de connexion, et évite les erreurs de manipulation.
Selon un mode de réalisation, le circuit imprimé peut être apte à :
- émettre un signal de transmission depuis la première piste pour une transmission dans le guide en plastique, et recevoir un signal de réception depuis le guide en plastique pour une réception sur la deuxième piste, les signaux de transmission et de réception étant centrés sur une même fréquence ;
- émettre un premier signal de transmission depuis la première piste pour une transmission dans le guide en plastique, et émettre un deuxième signal de transmission depuis la deuxième piste pour une transmission dans le guide en plastique, les premier et deuxième signaux de transmission étant centrés sur une même fréquence ;
- recevoir un premier signal de réception et un deuxième signal de réception depuis le guide en plastique, le premier signal de réception étant reçu sur la première piste et le deuxième signal de réception étant reçu sur la deuxième piste, les premier et deuxième signaux de réception étant centrés sur une même fréquence.
Il est ainsi rendu possible d’utiliser un guide d’ondes en plastique pour transporter des signaux polarisés orthogonalement, ce qui rend possible une communication bidirectionnelle via un seul guide d’ondes, ou de doubler le débit de communications unidirectionnelles. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels : [Fig 1] illustre un ensemble de connexion selon un mode de réalisation; [Fig 2] illustre un connecteur et un élément de transition d’un ensemble de connexion selon un mode de réalisation ;
[Fig 3] est une vue tridimensionnelle d’un ensemble de connexion selon un mode de réalisation ;
[Fig 4] est une première vue en coupe d’un ensemble de connexion selon un mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 5] est une deuxième vue en coupe d’un ensemble de connexion selon un mode de réalisation de l’invention
[Fig 6a] est une vue avant d’une partie mâle d’un connecteur d’un ensemble de connexion selon un mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 6b] est une vue arrière d’une partie mâle d’un connecteur d’un ensemble de connexion selon un mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 7a] est une vue avant d’une partie femelle d’un connecteur d’un ensemble de connexion selon un mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 7b] est une vue arrière d’une partie femelle d’un connecteur d’un ensemble de connexion selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 1 illustre un ensemble 100 de connexion d’un circuit imprimé 110 à un guide d’ondes électromagnétiques en plastique 130, selon un mode de réalisation de l’invention.
L’ensemble 100 comprend :
- un circuit imprimé 110 comprenant au moins une première piste 112.1 et une deuxième piste 112.2, et comprenant un transducteur orthomode 114, comprenant un port commun
116 et deux accès 117.1 et 117.2 dédiés respectivement aux première et deuxième pistes
112.1 et 112.2. A noter que seule une des pistes parmi les première et deuxième piste peut être utilisée. On comprendra que le transducteur orthomode 114 est apte à être relié à deux pistes, mais qu’il peut également n’être relié qu’à une piste unique ; et
- un connecteur 120 selon un mode de réalisation de l’invention, apte à connecter le port commun 116 du transducteur orthomode 114 au guide en plastique 130, et
- un élément de transition 121 apte à adapter l’impédance entre le transducteur orthomode 114 et le guide en plastique 130, en définissant notamment une zone de transition, ou transition, entre le transducteur orthomode 114 et le guide en plastique 130. Le circuit imprimé 110 est un circuit multi-couches, comprenant au moins trois couches de métal. Dans ce qui suit, l’exemple particulier de trois couches est considéré à titre illustratif uniquement.
Une première couche peut être dédiée à la première piste 112.1 et une deuxième couche peut être dédiée à la deuxième piste 112.2. La troisième couche est un plan de masse 111. La troisième couche peut être comprise entre la première couche et la deuxième couche.
Chacune des première et deuxième pistes 112.1 et 112.2 est apte à propager un signal depuis/vers un ou plusieurs composants du circuit imprimé 110. De tels composants sont notamment des composants de communication radiofréquence montés sur le circuit imprimé 110, ou des composants dédiés à des applications radar/lidar. Aucune restriction n’est attachée à de tels composants de communication radiofréquence ou composants dédiés à des applications radar/lidar, qui englobent tout composant apte à générer et/ou recevoir et traiter un signal transporté sur la première piste 112.1 ou sur la deuxième piste 112.2. De tels composants sont bien connus et ne sont par conséquent pas représentés sur la figure 1.
Chaque signal peut provenir de l’un des accès 117.1 et 117.2, ou peut être dirigé vers l’un des accès 117.1 et 117.2 selon que le signal soit reçu ou transmis par les composants radiofréquence du circuit imprimé 110.
Aucune restriction n’est attachée à la topologie des pistes 112.1 et 112.2, qui peuvent être de type Microstrip par exemple.
Le transducteur orthomode 114 est de type transducteur septum orthomode et comprend à cet effet une lame métallique 115 de type septum, nommée septum 115 ci-après, et qui peut être intégrée dans la troisième couche du circuit intégré 110. Le transducteur orthomode 114 est ainsi de type SIW comme décrit précédemment.
Afin de garantir l’intégrité des signaux transmis de la première piste vers le transducteur 114, un premier élément de transition 113.1 peut être prévu dans le circuit imprimé 110. Un tel premier élément de transition 113.1 est apte à améliorer la conversion d’un signal électrique transporté sur la piste 112.1 en un signal sous forme d’onde électromagnétique transmis par le transducteur 114, et, à l’inverse, la conversion d’un signal sous forme d’onde électromagnétique transmis par le transducteur 114 en un signal électrique transporté sur la première piste 112.1.
De même, le circuit imprimé 110 peut comprendre un deuxième élément de transition 113.2. Le deuxième élément de transition 113.2 est apte à améliorer la conversion d’un signal électrique transporté sur la piste 112.2 en un signal sous forme d’onde électromagnétique transmis par le transducteur 114, et, à l’inverse, la conversion d’un signal sous forme d’onde électromagnétique transmise par le transducteur 114 en un signal électrique transporté sur la deuxième piste 112.2.
La topologie des éléments de transition 113.1 et 113.2 dépend de la topologie des première et deuxième piste, et la personne du métier est apte à concevoir de tels éléments de transition à partir de pistes données. Les éléments de transition 113.1 et 113.2 sont optionnels et améliorent la conversion des signaux précités entre un signal électrique et une onde électromagnétique associée. Les éléments de transition 113.1 et 113.2 dépendent notamment des largeurs respectives des première et deuxième piste, et de la largeur du transducteur orthomode 114. Ils dépendent également des propriétés électromagnétiques du circuit imprimé, notamment du substrat du circuit imprimé.
Le septum 115 peut être réalisé par gravure dans la troisième couche et peut présenter un profil progressif, en pente, courbé, en escalier, rectangulaire à fentes ou autre. Dans ce qui suit, un profil en escalier est considéré, à titre illustratif uniquement.
Le profil du septum 115 définit le type de polarisation qui est apporté ou retiré aux signaux qui circulent dans le transducteur 114. Les signaux arrivent notamment sous forme d’ondes électromagnétiques polarisées depuis le guide en plastique 130, afin de pouvoir être reçus depuis un unique et même guide, et la polarisation est retirée avant transmission de chacun des signaux sous forme de signaux électriques à la première piste 112.1 ou à la deuxième piste 112.2.
A l’inverse, les signaux peuvent arriver depuis les première et deuxième pistes 112.1 et 112.2 sous forme de signaux électriques, et ils sont polarisés de manière orthogonale sous forme d’ondes électromagnétiques par le transducteur 114 pour transmission dans le guide en plastique 130. En fonction du profil du septum 115, les polarisations des signaux peuvent être linéaires orthogonales, circulaires orthogonales, donc horaire et anti-horaire, ou tout autre couple de polarisations orthogonales. Dans ce qui suit, il est considéré, à titre illustratif uniquement, des polarisations circulaires orthogonales.
Afin de garantir l’intégrité des signaux polarisés se propageant entre le transducteur 114 et le guide en plastique 130, le connecteur 120 selon l’invention comprend l’élément de transition 121 introduit précédemment, appelé troisième élément de transition 121 dans ce qui suit. La topologie du troisième élément de transition 121 dépend à la fois du transducteur 114 et du guide en plastique 130. La topologie du troisième élément de transition 121, notamment sa forme et le matériau le constituant est ainsi choisi de manière à permettre le transport des ondes électromagnétiques entre le transducteur orthomode 114 et le guide en plastique 130. Le troisième élément de transition 121 peut notamment être en un matériau métallique.
La topologie du troisième élément 121 est ainsi optimisée par la personne du métier en fonction de caractéristiques du transducteur 114 et du guide en plastique 130. De telles caractéristiques peuvent comprendre la permittivité du guide en plastique, ainsi que la géométrie et les dimensions des circuits imprimés 110 et du guide en plastique 130. En particulier, la topologie du troisième élément 121 est définie en fonction d’une forme de section transversale du guide en plastique 130, d’un matériau du guide en plastique 130, d’une forme de section transversale du transducteur orthomode 114, et d’un matériau du circuit imprimé dans lequel est intégré le transducteur orthomode 114.
Dans ce qui suit, il est considéré, à titre illustratif uniquement, que le troisième élément de transition 121 est de forme conique tronquée. En particulier, une surface interne du troisième élément peut être de forme conique tronquée, de manière à former une zone de transition remplie d’air permettant le passage des ondes électromagnétiques entre le transducteur orthomode 114 et le guide en plastique 130. En variante, le troisième élément de transition peut être en pyramide tronquée ou toute autre forme permettant de former une zone de transition permettant la circulation des deux signaux découplés par leur polarisation entre le circuit imprimé et le guide en plastique.
Le guide en plastique 130, qui est en dehors de l’ensemble 100, est apte à propager deux signaux découplés par leurs polarisations orthogonales. A titre d’exemple, il peut s’agir d’un guide plastique avec une structure sous forme de croix telle que celle décrite dans la demande de brevet WO2017/191409 A1, entouré par une gaine cylindrique.
Le connecteur externe 120 peut être réalisé dans un matériau quelconque. A titre d’exemple, le connecteur externe 120 peut être en plastique. Le connecteur externe 120 peut être relié au circuit imprimé 110 par un moyen de fixation. Un tel moyen de fixation peut être une soudure ou une conformation du connecteur externe 120 permettant d’insérer le circuit imprimé 110 dans le connecteur externe 120.
Le connecteur externe 120 permet ainsi de relier mécaniquement entre eux le guide plastique 130, le troisième élément de transition 121 et le circuit imprimé 110.
La figure 2 illustre un connecteur externe 120 selon un mode de réalisation de l’invention.
Le connecteur externe 120 peut comprendre deux parties 120.1 et 120.2. Par exemple, les deux parties 120.1 et 120.2 peuvent être de formes complémentaires, et aptes à insérer l’une des parties, dite mâle, dans l’autre partie, dite femelle. La partie femelle peut être la partie 120.1 tandis que la partie mâle peut être la partie 120.2.
Lorsque le connecteur 120 comprend les deux parties 120.1 et 120.2, le troisième élément de transition 121 peut comprendre également deux éléments 121.1 et 121.2, à savoir un élément de transition femelle 121.1 associé à la partie femelle 120.1 du connecteur 120, et un élément de transition mâle 121.2 associé à la partie mâle 120.2 du connecteur 120. Un tel exemple est donné à titre illustratif uniquement. En variante, l’élément de transition 121 comprend un unique élément, disposé soit dans la partie femelle 120.1 soit dans la partie mâle 120.2 du connecteur 120. Encore en variante, l’élément de transition femelle 121.1 est associé à la partie mâle 120.2 du connecteur 120, et l’élément de transition mâle 121.2 est associé à la partie femelle 120.1 du connecteur 120. Selon une autre variante, le troisième élément de transition 121 comprend deux éléments respectivement agencés dans les parties mâle et femelle 120.1 et 120.2 du connecteur, mais qui sont contigus voire espacés, et qui ne sont ainsi pas désignés mâle et femelle, puisqu’ils ne s’emboîtent pas.
De manière alternative, le connecteur externe 120 peut être constitué d’une seule et même pièce. Dans ce qui suit, il est considéré, à titre illustratif, que le connecteur 120 comprend deux parties et que le troisième élément de transition comprend deux éléments de transition mâle et femelle.
Une telle séparation en deux parties du connecteur 120 facilite la mise en place de la connexion entre le guide plastique 130 et le circuit imprimé 110, et empêche des erreurs de manipulation lors de la connexion.
La figure 3 présente une vue tridimensionnelle d’un ensemble de connexion 100 selon un mode de réalisation de l’invention.
Les références utilisées sur les figures 1 et 2 désignent les mêmes éléments sur la figure 3.
En particulier, la figure 3 montre comment le transducteur orthomode 114 peut être intégré entre les trois couches 112.1, 112.2 et 111 du circuit imprimé 110. Les couches 112.1 et 112.2 forment ainsi des limites supérieures et inférieures, selon deux positions extrêmes en Y, l’axe Y étant représenté en référence à la figure 4.
Les limites du transducteur 114 selon un axe X, peuvent être formées par un ensemble de vias qui sont des connexions métalliques entre les différentes couches 112.1, 112.2 et 111. Le principe du via est bien connu et n’est pas décrit davantage dans la présente description.
Un ensemble de vias forme ainsi des parois droite et gauche, selon l’axe en X, du transducteur orthomode 114, ce qui permet avantageusement de canaliser les ondes électromagnétiques issues des premier et deuxième éléments de transition et découplés par le septum 115 vers le troisième élément de transition 121.
La figure 4 présente une coupe selon un plan Y-Z d’un ensemble 100 de connexion selon un mode de réalisation de l’invention.
A nouveau, les références utilisées sur les figures précédentes s’appliquent également à la figure 4.
Une telle coupe permet d’observer le positionnement du septum 115 dans le transducteur orthomode 114. Le septum 115 est bien formé dans le plan de masse 111, ou troisième couche. Un tel positionnement au coeur du transducteur orthomode 114, délimité par les vias et par les première et deuxième couches, permet de polariser orthogonalement les signaux issus des première et deuxième pistes 112.1 et 112.2 avant le troisième élément de transition 121. Il est ainsi réalisé un transducteur de type SIW, intégré dans le circuit imprimé 110.
Comme indiqué précédemment, le troisième élément de transition 121 peut comprendre un élément de transition femelle 121.1 et un élément de transition mâle 121.2.
L’élément de transition femelle 121.1 est agencé dans la partie femelle du connecteur 120.1. La partie femelle du connecteur 120.1 est apte à positionner et maintenir en position le circuit imprimé 110. A cet effet, la partie femelle du connecteur 120.1 peut comprendre une fente dont la largeur correspond à une épaisseur du circuit imprimé 110.
La partie femelle du connecteur 120.1 comprend également une structure creuse de manière à accueillir l’élément de transition femelle 121.1 et à permettre un positionnement précis de l’élément de transition femelle 121.1 par rapport au circuit imprimé 110, notamment de manière à ce que l’élément de transition femelle 121.1 enserre le circuit imprimé 110 au niveau du transducteur septum orthomode 114. De manière préférentielle, comme représenté sur la figure 4, l’élément femelle de transition 121.1 a au moins une dimension supérieure à une dimension comparable du transducteur 114. De manière préférentielle, les dimensions selon les axes X et Y de l’élément femelle de transition 121.1 sont supérieures aux dimensions du transducteur 114 selon ces mêmes axes, de manière à enserrer le transducteur 114. En outre, l’élément femelle de transition 121.1 définit une zone d’air avant 401 , qui est la zone d’air la plus à gauche sur la figure. Une telle zone d’air avant est une transition permettant le passage d’ondes électromagnétiques entre le transducteur 114 et le guide d’ondes en plastique 130. Pour former cette zone d’air avant, l’élément femelle de transition 121.1 comprend une surface intérieure de forme conique tronquée, ou de forme pyramidale tronquée lorsque la section transversale du guide d’onde plastique 130 est carrée ou rectangulaire.
Comme représenté sur la figure 4, la partie mâle 120.2 du connecteur 120 peut comprendre : - une portion arrière cylindrique 410.1, comprenant une surface interne et une surface externe, la surface interne définissant une ouverture de diamètre supérieur au diamètre du guide en plastique 130. La portion arrière 410.1 peut avoir une forme différente d’un cylindre, sa section ayant alors des dimensions supérieures aux dimensions d’une section transverse du guide en plastique 130 ;
- une portion centrale cylindrique 410.2, permettant de maintenir en position le guide en plastique, en complément d’une portion centrale 420.2 de l’élément de transition mâle 121.2. La portion centrale cylindrique 410.2 est un cylindre creux, dont le diamètre est inférieur à celui de la portion arrière cylindrique, de manière à enserrer le guide en plastique 130. Le diamètre intérieur de la portion centrale 410.2 et les diamètres intérieur et extérieur de la portion centrale 420.2 sont ainsi définis à partir du diamètre du guide en plastique 130. On comprendra que lorsque le guide en plastique 130 n’est pas cylindrique, mais de section carrée ou rectangulaire, les portions centrales 410.2 et 420.2 sont d’une forme complémentaire à la section du guide en plastique 130 ;
- une portion avant 410.3 creuse, avec une surface interne de forme quelconque et une surface externe de section complémentaire à la surface interne de la portion centrale 430.1 décrite ultérieurement. Les dimensions de la surface interne de la portion avant 410.3 sont supérieures aux dimensions de la portion centrale 420.12 de l’élément de transition mâle 121.2 et de la portion centrale 440.1 de l’élément de transition femelle 121.1 , qui seront décrits ultérieurement.
La partie femelle 120.1 du connecteur 120 peut comprendre :
- une portion centrale 430.1 creuse, avec une surface externe cylindrique et une surface interne de section complémentaire à la surface externe de la portion avant 410.3 de la partie mâle 120.2, de manière à pouvoir enserrer la partie mâle 120.2 dans la partie femelle 120.1 et de manière à maintenir les parties 120.1 et 120.2 solidaires;
- une portion avant 430.2 cylindrique et creuse, avec une surface interne et une surface externe, toutes deux cylindriques, et avec une fente à l’avant conformée pour enserrer le circuit imprimé 110.
On comprendra que le terme « avant » désigne les éléments du connecteur ou des éléments de transition mâle et femelle, qui sont conformés et agencés pour être dirigés vers le circuit imprimé 110, tandis que le terme « arrière » désigne les éléments conformés et agencés pour être dirigés vers le guide en plastique 130. Toujours en référence à la figure 4, l’élément de transition mâle 121.2 peut comprendre :
- une portion arrière 420.1 avec une surface interne sous forme de cône tronqué et une surface externe complémentaire de la surface interne de la portion arrière 410.1 de la partie mâle 120.2 du connecteur 120. Une telle forme de la surface interne permet de faciliter le positionnement et l’insertion du guide en plastique 130. Elle permet en outre le transfert d’une onde résiduelle de surface sur la surface externe du guide d’ondes 130. Une telle fonction est toutefois remplie à titre optionnelle, l’élément de transition 121 étant principalement dédié à l’adaptation d’impédance entre le transducteur orthomode 114 et le guide d’onde 130 ;
- une portion centrale 420.2 sous forme de cylindre creux, avec une surface externe et une surface interne, toutes deux cylindriques, la surface interne étant apte à recevoir le guide en plastique 130 de manière ajustée, pour maintenir notamment le guide en plastique 130 en place.
L’élément de transition femelle 121.1 peut comprendre :
- une portion centrale 440.1 sous forme de cylindre creux, avec une surface externe et une surface interne, toutes deux cylindriques, la surface interne étant apte à recevoir et enserrer la surface externe de la portion centrale 420.2 de l’élément de transition mâle 121.2 décrit ci- dessus. Une telle superposition des éléments de transition mâle 121.2 et femelle 121.1 améliore le couplage entre le circuit imprimé 110 et le guide en plastique 130 ;
- une portion avant 440.2 creuse ayant une surface externe cylindrique, à l’exception des passages au niveau de la fente, et une surface interne comprenant une sous-portion plate pour recevoir le circuit imprimé 110, avec éventuellement une gorge pour recevoir le transducteur 114 (visible uniquement sur la figure 7a), et une sous portion en forme de cône tronqué, lorsque le guide en plastique est cylindrique, ou de pyramide tronquée, assurant la jonction entre la sous-portion plate et la portion centrale 440.1, et permettant de définir la zone d’air avant 401 permettant la transition des ondes électromagnétiques entre le guide en plastique 130 et le transducteur orthomode 114.
Comme il apparaît sur la figure 4, la géométrie des différentes portions des éléments de transition mâle et femelle et des parties mâle et femelle du connecteur peuvent former des zones vides 401 , pouvant comprendre de l’air ou tout autre fluide améliorant le couplage électromagnétique du transducteur 114 et du guide en plastique 130. La zone d’air avant permet la transition des ondes électromagnétiques entre le guide en plastique 130 et le transducteur orthomode 114, tandis que la zone d’air arrière, formée par la surface interne de la partie arrière 121.2 permet la propagation d’ondes de surface en surface du guide d’ondes en plastique 130. Dans une variante non représentée sur la figure 4, le transducteur orthomode 114 peut comprendre un prolongement qui fait saillie en dehors du circuit imprimé, et apte à permettre un contact direct entre le circuit imprimé et le guide en plastique 130 dans la zone vide 401 la plus à gauche sur la figure 4.
La figure 5 présente une vue en coupe selon un plan X-Z d’un ensemble de connexion 100 selon un mode de réalisation de l’invention.
Une telle vue en coupe ne fait apparaître que la deuxième couche comprenant la deuxième piste 112.2 et la troisième couche comprenant le plan de masse 111, dans lequel est intégré le septum 115.
Comme évoqué précédemment, un ensemble de vias 501 délimite selon l’axe X le transducteur 114, et notamment son septum 115.
Les figures 6a et 6b illustrent des vues tridimensionnelles avant et arrière de la partie mâle 120.2 du connecteur 120 et de l’élément de transition mâle 121.2.
Comme représenté sur les figures 4, 6a et 6b, la partie mâle 120.2 du connecteur 120 peut comprendre:
- la portion arrière 410.1 avec une surface externe 601, par exemple de forme cylindrique, orientée vers l’arrière, c’est à dire vers le guide en plastique 130, et une surface interne 603, également cylindrique, plus généralement complémentaire d’une surface externe de l’élément de transition mâle 121.2 décrite ci-après ;
- la portion centrale 410.2 ayant une surface interne non visible sur les figues 6a et 6b, et une surface externe 601 , dans la continuité de la surface externe 601 de la portion arrière 410.1, formant ainsi une unique surface externe 601 ;
- la portion avant 410.3 comprenant une surface externe 602 d’une forme complémentaire d’une surface externe 703 correspondante de la partie femelle 120.1 décrite ultérieurement, et une surface interne 604 de forme quelconque, mais de dimension supérieure à la surface externe 606 de l’élément de transition mâle 121.2 décrite ci-après.
Comme illustré sur les figures 4, 6a et 6b, l’élément de transition mâle 120.2 peut comprendre :
- la portion arrière 420.1 comprenant une surface externe non visible sur la figure 6b mais complémentaire de la surface interne 603 de la portion avant de la partie mâle 120.2. Une telle surface externe peut être cylindrique, lorsque la surface interne 603 l’est également. La portion arrière 420.1 comprend en outre une surface interne 605, visible sur la figure 6b, en forme de cône tronqué. Une telle forme permet de faciliter l’insertion du guide en plastique 130 dans la partie mâle 120.2 du connecteur 120 et de réaliser une adaptation d’impédance entre le guide d’ondes en plastique 130 et le transducteur 114, notamment pour le transfert des ondes de surface ; et
- la portion centrale 420.2 comprenant une surface externe 606 cylindrique et une surface interne également cylindrique complémentaire du guide en plastique 130, de manière à maintenir serré le guide en plastique 130.
Les figures 7a et 7b illustrent des vues tridimensionnelles avant et arrière de la partie femelle 120.1 du connecteur 120 et de l’élément de transition femelle 121.1.
Comme représenté sur les figures 4, 7a et 7b, la partie femelle 120.1 du connecteur 120 peut comprendre :
- la portion centrale 430.1 comprenant une surface externe 702, cylindrique par exemple, et une surface interne 703 de forme complémentaire de la surface externe 602 de la portion avant 410.3 de la partie mâle 120.2, comme décrit précédemment ; et
- la portion avant 430.2 comprenant une surface externe 702 dans la continuité de la surface externe 702 de la portion centrale, mais comprenant en outre une fente 701 pour accueillir le circuit imprimé 110, et une surface interne 704 cylindrique, et plus généralement de section complémentaire de la section de la surface externe 706 de la portion avant 440.2 de l’élément de transition femelle 121.1.
Comme représenté sur les figures 4, 7a et 7b, l’élément de transition femelle 121.1 peut comprendre : - la portion centrale 440.1 ayant une paroi externe cylindrique 706 et une paroi interne 707 également cylindrique et de section complémentaire de la paroi externe 606 de la portion centrale 420.2 de l’élément de transition mâle 121.2 ;
- la portion avant 440.2 ayant une paroi externe cylindrique complémentaire de la paroi interne 704 de la portion 430.2 de la partie femelle 120.1 du connecteur 120, et ayant une paroi interne 705 définissant une fente dans la continuité de la fente 701. A cet effet, la paroi interne comprend une partie plate apte à être en contact avec le circuit imprimé 110 lorsqu’il est inséré dans la fente 701. Plus en arrière de la partie plate, la paroi interne 705 peut avoir une partie en cône tronqué entre la partie plate et la portion centrale 440.1. Une telle partie en cône tronqué est due à la différence de dimension entre l’épaisseur du circuit imprimé
110 et le guide en plastique 130.
On comprendra que les géométries des portions des parties mâle et femelle du connecteur 120 ainsi que des éléments de transition mâle et femelle, peuvent varier, notamment en fonction des formes et des dimensions du circuit imprimé 110 et du guide en plastique 130. En outre les éléments de transition sont aptes à adapter l’impédance aux propriétés électromagnétiques des matériaux du guide en plastique 130 et du circuit imprimé 110.
Le connecteur 120 peut être réalisé en matériau plastique tandis que le troisième élément de transition 121 peut être en un matériau métallique.
On décrit ci-après le fonctionnement de l’ensemble de connexion 100, lorsqu’il est relié au guide en plastique 130 et pour le transport de signaux.
Afin de réaliser une communication bidirectionnelle, deux signaux sont propagés à travers certains des éléments décrits précédemment.
Un signal de transmission TX provenant du circuit imprimé 110 est transmis au guide en plastique 130 et un signal de réception RX provenant du guide en plastique 130 est transmis au circuit imprimé 110.
Le signal de transmission TX provient de l’une des deux pistes 112.1 et 112.2, par exemple de la première piste 112.1. Le signal TX est propagé par la première piste 112.1, sous forme de signal électrique, puis par le premier élément de transition 113.1 jusqu’au premier accès 117.1 du transducteur orthomode 114. Le signal TX, sous forme d’onde électromagnétique, traverse ensuite le transducteur 114, et le septum 115 lui applique une polarisation prédéterminée, par exemple une polarisation circulaire en sens horaire. Le signal TX ainsi polarisé est guidé vers le port commun 116 puis propagé par le troisième élément de transition 121 vers le guide en plastique 130 qui le transmet à son tour vers un système donné auquel il est relié.
Le signal de réception RX est propagé par le guide en plastique 130 sous forme d’onde électromagnétique depuis ce même système. Il possède alors une polarisation donnée lui permettant d’être découplé du signal TX, par exemple une polarisation circulaire anti-horaire. Le signal RX est reçu par le troisième élément de transition 121 puis transmis vers le transducteur orthomode 114. Puisque la polarisation du signal RX est orthogonale à la polarisation du signal TX, le signal RX est transmis vers le deuxième accès 117.2 du transducteur orthomode 114 et le septum 115 lui retire sa polarisation. Le signal RX est ensuite propagé sous forme de signal électrique par le deuxième élément de transition 113.2 puis par la deuxième piste 112.2, vers un composant du circuit imprimé 110 apte à traiter le signal RX.
Toutefois, une telle communication bidirectionnelle est donnée à titre illustratif uniquement. En effet, en variante, les polarisations orthogonales permises par le transducteur orthomode 114 permettent de transmettre deux signaux dans le même sens, c’est à dire en transmission ou en réception. Il est ainsi possible d’émettre deux signaux TX1 et TX2 depuis les première et deuxième pistes 112.1 et 112.2, pour les propager dans le guide en plastique 130, ou bien de recevoir deux signaux RX1 et RX2 en provenance du guide en plastique 130 pour les répartir séparément entre la première piste 112.1 et la deuxième piste 112.2.
Le circuit imprimé 110 peut donc, au moyen de l’ensemble 100 selon l’invention, recevoir deux signaux transportés en même temps sur un guide en plastique, émettre deux signaux en même temps vers le guide en plastique, ou réaliser une communication bidirectionnelle simultanée via le guide en plastique 130. La transmission ou la réception de deux signaux dans le même sens permet de doubler le débit de transmission/réception. En variante, le circuit imprimé peut comprendre une unique piste, bien que le transducteur orthomode 114 soit apte à transférer deux signaux en parallèle.
L’ensemble de connexion 100 selon l’invention présente l’avantage de réaliser une adaptation d’impédance entre le transducteur ortomode SIW 114 et le guide en plastique 130, en même temps qu’une connexion mécanique entre ces deux éléments.
Puisque la communication bidirectionnelle simultanée utilise des polarisations orthogonales au lieu de fréquences différentes, l’ensemble 100 ne nécessite de concevoir qu’une seule paire d’émetteur/récepteur dans la même bande de fréquences au lieu de deux paires centrées sur deux fréquences distinctes.
La présente invention permet ainsi :
- une transmission bidirectionnelle simultanée sur un seul guide d’ondes en plastique 130 ;
- la transmission/réception à des fréquences élevées, typiquement 120 GHz pour le mode de réalisation spécifique décrit en référence aux figures 3, 4, 5, 6a, 6b, 7a et 7b. Des débits deux fois plus élevés que des solutions à 60 GHz sont ainsi permis. L’invention peut toutefois être adaptée pour des signaux de n’importe quelle fréquence, notamment pour des signaux à 60 GHz ;
- une réduction de poids est permise par une telle liaison ainsi qu’une réduction de l’encombrement de la liaison bidirectionnelle simultanée, grâce au recours à un seul guide d’onde plastique 130 à une fréquence de 120 GHz, au lieu de deux guides d’onde unidirectionnels à 60 GHz ;
- un coût de fabrication faible grâce à la technologie SIW ainsi qu’à la solution proposée de connexion et d’intégration à la fois sur des circuits imprimés et dans des connecteurs. La structure mécanique de l’ensemble 100 selon l’invention est compacte et simple, ce qui facilite sa fabrication et son industrialisation. En effet, la connexion entre les pistes du circuit imprimé et le guide plastique est dans le même plan ;
- enfin, l’invention permet un faible encombrement et ne nécessite pas d’alimentation propre comme le nécessitent des interconnecteurs optique-vers-électrique ou électriq ue-vers- optique. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d’exemples ; elle s’étend à d’autres variantes.

Claims

Revendications
1. Ensemble de connexion (100) comprenant :
• un circuit imprimé (110) comprenant et un transducteur orthomode (114) intégré dans le circuit imprimé, le transducteur orthomode étant apte à être connecté à une première piste (112.1) via un premier accès (117.1) et connecté à une deuxième piste (112.2) via un deuxième accès (117.2), le transducteur orthomode ayant un port commun (116) et une lame métallique (115) de type septum apte à polariser orthogonalement entre eux des premier et deuxième signaux respectivement issus des première et deuxième pistes vers le port commun;
• un connecteur (120) apte à recevoir le circuit imprimé d’un côté du connecteur et à recevoir un guide d’ondes électromagnétiques en plastique (130) d’un autre côté du connecteur, et apte à maintenir le guide en plastique dans une position donnée par rapport au circuit imprimé ;
• un élément de transition (121) apte à transmettre des ondes électromagnétiques entre le guide en plastique et le port commun du transducteur, lorsque le guide en plastique est dans ladite position donnée.
2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le connecteur (120) comprend une partie mâle (120.2) et une partie femelle (120.1), une première partie parmi les parties mâle et femelle étant apte à recevoir le circuit imprimé (110), et une deuxième partie parmi les parties mâle et femelle étant apte à recevoir le guide en plastique (130), une portion (410.3) de la partie mâle ayant une forme complémentaire d’une portion (430.1) de la partie femelle, les parties mâle et femelle étant aptes à être reliées par emboîtement desdites portions.
3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel l’élément de transition (121) comprend un élément de transition mâle (121.2) apte à être intégré dans la partie mâle (120.2) du connecteur (120), et un élément de transition femelle (121.1) apte à être intégré dans la partie femelle (120.1) du connecteur. Ensemble selon la revendication 3, dans lequel l’élément de transition mâle (121.2) comprend une première portion centrale (420.2) et l’élément de transition femelle (121.1) comprend une deuxième portion centrale (440.1), la deuxième portion centrale entourant partiellement la première portion centrale, ou la première portion centrale de l’élément entourant partiellement la deuxième portion centrale de l’élément de transition mâle, lorsque les parties mâle et femelle du connecteur sont reliées. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit imprimé (110) est multi-couches et comprend au moins trois couches, incluant une première couche comprenant la première piste (112.1), une deuxième couche comprenant la deuxième piste (112.2), et une troisième couche comprenant un plan de masse (111) dans lequel est intégré la lame métallique (115) de type septum du transducteur orthomode (114). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément de transition (121) comprend une portion arrière (420.1) orientée vers le côté apte à recevoir le guide en plastique, dans lequel la portion arrière comprend une surface interne en forme de cône tronqué. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, comprenant un premier élément de transition (113.1) apte à convertir un premier signal électrique issu de la première piste (112.1) en une première onde électromagnétique vers le premier accès (117.1) du transducteur orthomode (114), comprenant un deuxième élément de transition (113.2) apte à convertir un deuxième signal électrique issu de la première piste (112.2) en une deuxième onde électromagnétique vers le deuxième accès (117.2) du transducteur orthomode, l’élément de transition (121) apte à transmettre des ondes électromagnétiques entre le guide en plastique (130) et le port commun (116) du transducteur étant un troisième élément de transition. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le connecteur (120) comprend au moins une portion cylindrique (430.2) avec une fente (701) apte à recevoir le circuit imprimé (110). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément de transition (121) comprend au moins une portion ayant une surface interne de section en cône tronqué ou pyramide tronquée, les diamètres extrêmes de ladite surface interne dépendant d’une épaisseur du circuit imprimé (110) d’une part et d’une dimension transversale du guide plastique (130) d’autre part. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit imprimé (110) est apte à :
- émettre un signal de transmission depuis la première piste (112.1) pour une transmission dans le guide en plastique (130), et recevoir un signal de réception depuis le guide en plastique pour une réception sur la deuxième piste (112.2), les signaux de transmission et de réception étant centrés sur une même fréquence ;
- émettre un premier signal de transmission depuis la première piste pour une transmission dans le guide en plastique, et émettre un deuxième signal de transmission depuis la deuxième piste pour une transmission dans le guide en plastique, les premier et deuxième signaux de transmission étant centrés sur une même fréquence ;
- recevoir un premier signal de réception et un deuxième signal de réception depuis le guide en plastique, le premier signal de réception étant reçu sur la première piste et le deuxième signal de réception étant reçu sur la deuxième piste, les premier et deuxième signaux de réception étant centrés sur une même fréquence.
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