[0001] La présente invention a pour objet un coupleur hyperfréquence directif à lignes couplées
utilisable notamment dans les circuits et microcircuits hyperfréquence.
[0002] Un coupleur directif est un circuit octopole à huit bornes ou quatre portes. Les
coupleurs directifs sont réalisés généralement à l'aide de deux lignes de transmission
microbandes couplées entre elles sur un même substrat de matériau diélectrique constituant
alors, selon la figure 1, un système à trois conducteurs I, II, III, l'un des conducteurs
III servant de référence de potentiel au système multiconducteur et les conducteurs
1 et II disposés sur une même face du substrat constituant les lignes microbandes
couplées. La figure 1 représente de façon schématique un tel type de coupleur, les
portes A, B, C, D étant référencées comme indiqué sur cette figure. Dans le cas où
la propagation des signaux hyperfréquences s'effectue en milieu homogène et dans le
cas où le système est symétrique du point de vue des caractéristiques électriques
des lignes couplées, (nullité des coefficients de transfert entre les portes A, D
et entre les portes B, C et égalité des coefficients de transfert entre les portes
B, D et A, C et égalité des coefficients de transfert entre les portes B, A et D,
C), on obtient un coupleur directif dit à couplage arrière pour lequel le fonctionnement
est le suivant :
Un générateur de puissance disponible Po, non représenté figure 1, connecté à la porte
A par exemple permet, pour un coupleur dont les accès sont chargés par des impédances
agales à l'inpédance caractéristique du coupleur, d'obtenir à la porte B appelée voie
couplée une puissance PB = k2Po, une puissance PC = (1 - k2)Po sur la porte C appelée voie directe. La porte D ne transmet aucune puissance et
est totalement découplée, le découplage étant indépendant de la fréquence.
[0003] Le coefficient k est appelé coefficient de couplage et est fonction des caractéristiques
électriques des lignes couplées et de la fréquence du signal délivré par le générateur.
Le coefficient de couplage k est maximum en fonction de la fréquence pour une longueur
de couplage des lignes sensiblement égale à
, où A représente la longueur d'onde du signal transmis par les lignes couplées, et
le déphasage entre les ondes issues des portes B et C est égal à
].
[0004] Le principe de fonctionnement du coupleur précité reste inchangé si le générateur
est placé à une autre porte du fait de la symétrie électrique du coupleur, symétrie
électrique qui le plus souvent est obtenue par la mise en oeuvre d'un coupleur comportant
une symétrie mécanique et géométrique par rapport à un plan de symétrie du substrat
de matériau diélectrique, comme par exemple dans le type de coupleurs constitué par
deux lignes microbandes parallèles couplées.
[0005] Dans le cas où la propagation des signaux le long des lignes couplées s'effectue
dans un milieu non homogène, la porte constituant la voie découplée transmet une énergie
non nulle, et, la directivité du coupleur définie comme le rapport de la puissance
transmise par la voie directe à la puissance transmise par la voie découplée, D =
dans l'exemple précité, n'est plus infinie, la valeur de la directivité dépendant
des caractéristiques intrinsèques des lignes et de la fréquence des signaux transmis.
[0006] Les coefficients de transfert d'un tel coupleur ne satisfont plus aux conditions
précédentes et le régime de propagation des signaux sur les lignes couplées peut se
ramener à la superposition sur chaque ligne de deux modes de propagation distincts,
un mode dit pair et un mode dit impair à vitesses de propagation différentes. La directivité
D du coupleur est alors fonction de la fréquence des signaux et des vitesses de propagation
des modes pair et impair Dans ce cas la symétrie électrique du système de lignes couplées,
c'est-à-dire la symétrie des coefficients d'influence des lignes et la symétrie des
coefficients d'induction des lignes, est nécessaire, un défaut de symétrie électrique
se traduisant par une modification des performances du coupleur et, notamment, de
sa directivité.
[0007] Des solutions différentes ont été proposées en vue d'améliorer les performances de
ces coupleurs directifs. Le principe général commun à différentes solutions repose
sur la mise en oeuvre de coupleurs directifs dont la structure présente une symétrie
mécanique ou géométrique par rapport à un plan de symétrie du substrat orthogonal
au support diélectrique des lignes couplées et parallèle à la direction de propagation
des signaux sur ces lignes couplées, la symétrie électrique du coupleur découlant
de cette symétrie géométrique ou mécanique.
[0008] En particulier le couplage de deux lignes microbandes parallèles séparées par un
intervalle de couplage a été décrit dans l'article intitulé "Parameters of Microstrips
Transmission Lines and of Coupled Pairs of Micrôstrip Lines" de Thomas G. BRYANT et
Jerald A. WEISS publié dans la revue "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques"
vol. MTT 16, N° 12, décembre 1968, pages 1021 à 1027. Ce type de dispositif utilisant
un tel couplage ne permet cependant pas d'obtenir de couplage correspondant à la transmission
sur la voie couplée d'une puissance atténuée de moins de 3 dB, l'intervalle de couplage
entre les lignes étant de l'ordre de 4 micromètres et présentant des difficultés de
réalisation. L'utilisation de lignes microbandes couplées à conducteurs inter-digitaux
bien qu'autorisant un intervalle de couplage plus grand nécessite, en plus de tolérances
d'usinage très strictes, tolérances de l'ordre de 1 micromètre, l'utilisation d'un
nombre important d'interconnexions entre les différentes bandes conductrices. Ces
interconnexions ne pouvant être effectuées que par l'intermédiaire de fils conducteurs
connectés aux bandes par thermocompression, cette technique pose de nombreux problèmes
de reproductibilité à l'identique de ce type de coupleurs.
[0009] D'autres systèmes de coupleurs ont été proposés. En particulier le type de coupleur
décrit dans l'article de F. C. de RONDE dans le compte-rendu intitulé "A new cIass
of microstrip directional couplers" publié dans la revue IEEE, International Microwave
Symposium, mai 1970, pages 184-186 comporte un système de couplage entre une ligne
à fente et une ligne microbande. Ce type de coupleurs présente, en particulier, l'inconvénient
de nécessiter un faible espacement des deux plans de la ligne à fente et par ce fait
son utilisation est limitée à des coefficients de couplage de l'ordre de 3 dB.
[0010] Le coupleur directif objet de l'invention permet, notamment, de remédier aux inconvénients
précités par une disposition appropriée des conducteurs constituant les lignes couplées.
Cette disposition permet de s'affranchir éventuellement de la condition de symétrie
mécanique ou géométrique de la structure du coupleur tout en conservant une symétrie
électrique du coupleur selon l'invention.
[0011] Un autre objet de la présente invention est un coupleur permettant d'obtenir une
atténuation de l'énergie transmise par la voie couplée inférieure à 2 dB.
[0012] Le coupleur hyperfréquence directif selon l'invention comporte, d'une part, sur une
première face d'un substrat de matériau diélectrique, un arrangement de zones et de
bandes conductrices formant respectivement deux lignes coplanaires comportant une
zone conductrice centrale commune, la bande conductrice centrale des deux lignes coplanaires
étant prolongée respectivement par une bande conductrice, une bande conductrice transversale
reliant électriquement les bandes conductrices prolongeant la bande centrale des lignes
coplanaires et la bande conductrice centrale des lignes coplanaires, et, d'autre part,
sur une deuxième face du substrat opposée à la première face, une semelle conductrice
couplée électriquement à la zone conductrice centrale commune aux lignes coplanaires,
la semelle conductrice formant avec les bandes conductrices prolongeant les bandes
centrales les lignes coplanaires des lignes microbandes, les lignes coplanaires et
les lignes microbandes formées par les bandes conductrices prolongeant les bandes
centrales des lignes coplanaires constituant chacune une voie du coupleur.
[0013] De tels coupleurs peuvent être utilisés dans tous les microcircuits hyperfréquence.
[0014] L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et des dessins ci-après
où les cotes relatives et proportions des différents éléments n'ont pas été respectées
afin d'assurer une -meilleure compréhension de l'ensemble et dans lesquels outre la
figure'l,
- la figure 2 représente une perspective comportant une vue en arraché du coupleur
objet de l'invention ;
- la figure 3 représente en perspective une variante de réalisation du coupleur objet
de l'invention représenté figure 2 ;
- les figures 4a et 4b représentent, sur une vue en coupe selon un plan P de symétrie
longitudinale du substrat, la distribution des champs électriques correspondant respectivement
aux modes de propagation pair et impair ;
- la figure 5 représente une perspective comportant une vue en arraché d'un autre
mode de réalisation du coupleur objet de l'invention ;
- la figure 6 représente également une perspective comportant une vue en arraché d'un
coupleur hyperfréquence dit replié dans lequel la voie d'excitation A et la voie découplée
D sont d'un même côté du substrat de matériau diélectrique.
[0015] Selon la figure 2 le coupleur hyperfréquence directif objet de l'invention comporte
au moins deux lignes de transmission couplées sur un même substrat de matériau diélectrique
1. Le matériau diélectrique est à titre d'exemple constitué par de l'alumine. Le substrat
de matériau diélectrique a de préférence la forme d'une plaquette comportant une première
face plane et une deuxième face plane parallèle et opposée à la première face. Le
coupleur hyperfréquence directif comporte sur la première face du substrat un arrangement
de zones et de bandes conductrices formant respectivement deux lignes coplanaires
comportant une zone conductrice centrale 2 commune aux lignes coplanaires et des zones
conductrices 3 et 4. Une première bande conductrice 5 et une deuxième bande conductrice
6 forment respectivement la bande conductrice centrale de chaque ligne coplanaire.
La bande conductrice centrale de chaque ligne coplanaire est prolongée respectivement
par une troisième et par une quatrième bande conductrice référencée respectivement
7 et 8.
[0016] Les bandes conductrices 7 et 8 prolougeant chacune des bandes conductrices centrales
des lignes coplanaires sont, par exemple, respectivement alignées avec celles-ci et
peuvent avoir une-largeur r, ou dimension suivant la direction perpendiculaire à la
direction de propagation des signaux sur les lignes coplanaires, différente ou identique.
[0017] La première face du substrat de matériau diélectrique comporte également une cinquième
bande conductrice 9 transversale disposée par exemple, orthogonalement aux bandes
conductrices centrales des lignes coplanaires et reliant électriquement d'une part,
les deux bandes conductrices 7 et 8 prolongeant la bande conductrice centrales des
lignes coplanaires, et d'autre part, les bandes conductrices centrales des lignes
coplanaires.
[0018] Le substrat de matériau diélectrique comporte en outre sur la deuxième face une semelle
conductrice 10 couplée électriquement à la zone conductrice centrale 2 commune aux
lignes coplanaires. Le couplage électrique de la semelle conductrice 10 à la zone
conductrice centrale 2 commune aux lignes coplanaires est défini par la longueur de
recouvrement s de la semelle conductrice 10 par la zone conductrice centrale 2 commune
aux lignes coplanaires. La longueur de recouvrement s est définie selon la direction
de propagation des signaux sur les lignes coplanaires à partir de l'extrémité de la
zone conductrice centrale 2 suivant cette direction représentée par l'axe ox.
[0019] Selon le mode de réalisation non limitatif représenté figure 2, l'extrémité de la
zone conductrice centrale 2 située au voisinage de la bande conductrice transversale
9 est constituée par une arête rectiligne 21 orthogonale aux bandes conductrices 5
et 6 parallèles. La longueur de recouvrement s peut être positive ou négative par
rapport à l'origine 0, compte tenu de la convention choisie, une longueur négative
correspondant à un recouvrement effectif de la semelle conductrice 10 par la zone
conductrice centrale 2 et à un couplage très serré pour le coupleur, une longueur
positive correspondant à une absence de recouvrement de la semelle conductrice 10
par la zone conductrice centrale 2 et à un couplage plus lâche. Le choix de la valeur
du paramètre s, longueur de recouvrement, permet le coupage choisi le coupleur.
[0020] La semelle conductrice 10 a de préférence au niveau de son extrémité de recouvrement
la forme d'une arête reGtiligne 100 parallèle à l'arête rectiligne 21 de la zone conductricé
centrale 2 commune aux lignes coplanaires. L'arête rectiligne 21 de la zone conductrice
centrale 2 et l'arête rectiligne 100 ont une dimension 1 permettant de déterminer
la fréquence centrale de fonctionnement du coupleur. L'arête rectiligne 100 de la
semelle conductrice 10 et la dimension de la semelle conductrice 10 suivant une direction
parallèle à l'arête rectiligne 100 de son extrémité de recouvrement est limitée par
deux arêtes obliques 101 symétriques par rapport à un plan de symétrie longitudinal
P du substrat diélectrique, la semelle conductrice 10 ayant ainsi à son extrémité
de couplage avec la zone conductrice centrale commune 2 une forme trapézoïdale permettant
de présenter aux bornes des accès du coupleur une impédance maximale dans la bande
de fonctionnement du dispositif. La semelle conductrice 10 forme, avec les bandes
conductrices 7 et 8 prolongeant les bandes centrales des lignes coplanaires, des lignes
microbandes, la zone de couplage étant essentiellement constituée par des conducteurs
9, 2 et 10. La bande conductrice transversale 9 est disposée au voisinage de l'arête
21 de la zone conductrice centrale 2 et parallèlement à cette arête. Les lignes coplanaires
et les lignes microbandes formées par les bandes métalliques prolongeant les bandes
centrales des lignes coplanaires constituent chacune une voie du coupleur.
[0021] Le fonctionnement du coupleur hyperfréquence directif objet de l'invention représenté
figure 1 est le suivant :
La zone de couplage correspondant, notamment, à la zone de recouvrement de la semelle
conductrice 10 par la zone conductrice centrale 2, est constituée par la zone conductrice
centrale 2, la semelle conductrice 10 et la bande conductrice transversale 9. Les
zones d'excitation déterminent les accès au coupleur, la porte A est constituée par
les conducteurs 2, 4, 5, les conducteurs 2 et 4 sont portés au même potentiel par
l'intermédiaire du conducteur 23. La porte A est soumise à une excitation du type
ligne coplanaire les zones conductrices 2 et 4 formant les plans de masse de la ligne
coplanaire. La porte B est constituée par les conducteurs 7 et 10, la propagation
des signaux s'effectuant sur la ligne microbande constituée par la bande conductrice
7 et la semelle conductrice 10, la semelle conductrice 10 apparaissant comme le conducteur
au potentiel de référence pour la ligne microbande.
[0022] La porte C est constituée par les conducteurs 2, 3, 6 et est soumise à une excitation
du type ligne coplanaire de manière analogue à celle de la porte A, les conducteurs
2 et 3 étant portés au même potentiel par l'intermédiaire d'un conducteur 23. Les
conducteurs 23 sont par exemple des fils d'or connectés par thermocompression et les
zones conductrices 2, 3 et 4 apparaissent comme les conducteurs au potentiel de référence
pour les lignes coplanaires.
[0023] La porte D est constituée par la semelle conductrice 10 et la bande conductrice 8,
la propagation des signaux s'effectuant sur la ligne microbande constituée par la
bande conductrice 8 et la semelle conductrice 10. La semelle conductrice 10 apparaît
également comme le conducteur au potentiel de référence pour la ligne microbande.
[0024] A la différence des systèmes traditionnels, le couplage s'effectue à partir du couplage
entre les plans conducteurs au potentiel de référence des différentes portes. Ainsi
la zone conductrice centrale 2 et la semelle conductrice 10 jouent respectivement,
du point de vue couplage, le rôle des conducteurs I et II d'un coupleur classique
tel que représenté figure 1, mais ces conducteurs n'étant pas disposés dans un même
plan, le couplage est d'autant plus serré que la longueur de recouvrement s, négative
selon les conventions adoptées, a une valeur absolue importante. La bande conductrice
transversale 9 joue le rôle, du point de vue du couplage, du conducteur III du coupleur
classique représenté figure 1, la bande conductrice transversale 9 servant alors de
référence de potentiel au système des conducteurs couplés, c'est-à-dire la zone conductrice
centrale 2 et la semelle conductrice 10.
[0025] La détermination des performances du coupleur selon l'invention résulte de l'analyse
des paramètres de couplage du système de conducteurs 10, 2, 9 et conduit à déterminer,
pour une valeur 6 r de la permittivité relative du matériau diélectrique, les valeurs
de s longueur de recouvrement et des dimensions, suivant la direction ox, de l'espacement
a entre l'arête 21 de la zone conductrice centrale 2 et la bande conductrice transversale
9 disposée au voisinage de cette zone conductrice centrale 2, et de la largeur b de
Ja bande conductrice transversale 9. La longueur 1 de couplage précédemment définie
est imposée par la fréquence de fonctionnement du coupleur. Les références a et b
ont été mentionnées uniquement sur les figures 4a et 4b afin de ne pas surcharger
la figure 2.
[0026] Selon un mode de réalisation particulier de l'invention représenté figure 3, le coupleur
hyperfréquence comporte en outre sur la première face du substrat de matériau diélectrique
une zone conductrice supplémentaire 11 disposée au voisinage de la bande conductrice
transversale 9 et entre les bandes conductrices 7 et 8 prolongeant les bandes conductrices
centrales des lignes coplanaires. Cette zone conductrice supplémentaire 11 est connectée
électriquement à la zone conductrice centrale 2 commune aux deux lignes coplanaires
au moyen de conducteurs 111 connectés par thermocompression par exemple. Du point
de vue électrique, les zones conductrices 2 et 11, du fait de l'existence des conducteurs
111, sont équipotentielles et la zone conductrice supplémentaire Il permet ainsi d'augmenter
la longueur de recouvrement équivalente de la semelle conductrice 10 par les deux
zones conductrices équipotentielles 2 et 11. La zone conductrice supplémentaire est
constituée de préférence, au voisinage de la bande conductrice transversale 9, par
une bande conductrice rectangulaire disposée parallèlement à la bande conductrice
transversale 9 et à l'arête rectiligne 21 de la zone conductrice centrale commune
aux lignes coplanaires. Dans ce cas la détermination des performances du coupleur
représenté figure 3 conduit également à déterminer, suivant la direction ox, l'espacement
c entre la bande conductrice transversale 9 et la bande métallique supplémentaire
11 et la largeur d de la zone conductrice 11. Les références c et d ont été mentionnées
uniquement sur les figures 4a et 4b afin de ne pas surcharger la figure 3.
[0027] Les figures 4a et 4b représentent respectivement, en coupe suivant le plan de symétrie
longitudinal P du substrat diélectrique la configuration des champs électriques dans
le mode de propagation appelé mode pair et dans le mode de propagation appelé mode
impair. Du fait de la symétrie électrique du coupleur, le mode pair est caractérisé
par l'équipotentialité de la semelle conductrice 10, de la zone conductrice centrale
2 et de la zone conductrice supplémentaire 11, la bande conductrice transversale 9
servant de référence de potentiel au système des conducteurs couplés. La distribution
des lignes de champ électrique 40a dans le mode pair est représentée figure 4a.
[0028] De même, du fait de la symétrie électrique du coupleur, le mode impair est caractérisé
par le potentiel opposé de la semelle conductrice 10 par rapport au potentiel de la
zone conductrice centrale 2 et de la zone conductrice supplémentaire 11. La bande
conductrice transversale 9 sert également de référence de potentiel au système des
conducteurs couplés dans le cas du mode impair. La distribution des lignes de champ
électrique 40b en mode impair est représentée figure 4b.
[0029] La symétrie électrique du coupleur résulte de la relation approchée suivante :
dans laquelle: C11o et CllE représentent, respectivement pour la valeur ε r = 1 et pour la valeur ε r relative
au matériau diélectrique cansidéré, le coefficient d'influence de la zone conductrice
centrale 2 - défini à partir de la matrice des coefficients d'influence du système
melticonducteur constitué par la zone conductrice centrale 2, la bande conductrice
transversale 9 et la semelle conductrice 10 dans lequel la bande conductrice centrale
9 est considérée comme étant au p:tentiel de référence, C220 et C22ε représentent, respectivement p:ur la valeur Er = 1 et pour la valeur ε r relative
au matériau délectrique considéré, le coefficient d'influence de la semelle conductrice
10 défini à partir de la matrice des coefficients dinfluence du système multiconducteur
constitué par la zone con- ouctrice centrale 2, la bande conductrice transversale
9, et la semelle conductrice 10 dans lequel la bande conductrice centrale 9 est considérée
comme étant au potentiel de référence,
Co représente la moyenne arithmétique des coefficients C11o et C22 ,
Ce représente la moyenne arithmétique des coefficients C11ε et C22ε,
C12o et C12ε représentent, respectivement pour la valeur r = 1 et pour la valeur ε r relative
au matériau diélectrique considéré, le coefficient mutuel d'influence de la zone conductrice
centrale 2 et de la semelle conductrice 10 défini à partir de la matrice des coefficients
d'influence du système multiconducteur constitué par les conducteurs 2, 9 et 10 dans
lequel la bande conductrice centrale 9 est considérée comme étant au potentiel de
référence.
[0030] Le coefficient de couplage k en dB exprimé en fonction des précédentes paramètres
est donné par la relation :
[0031] Selon un autre mode de réalisation de l'invention représenté figure 5, le coupleur
hyperfréquence directif est un coupleur multi- tronçons. L'association de plusieurs
tronçons de couplage en cascade permet, notamment, d'accroître la bande de fonctionnement
du dispositif de couplage. Dans ce but la bande conductrice transversale 9 est constituée
d'une pluralité de sections définissant les différents tronçons du dispositif de couplage.
Les sections ont, suivant la direction ox, une dimension différente qui permet de
définir, pour chaque tronçon, un coefficient de couplage k qui lui est propre. A titre
d'exemple non limitatif représenté figure 5, le coupleur hyperfréquence directif selon
l'invention est un coupleur à trois tronçons. A cet effet la bande conductrice transversale
9 présente un rétrécissement 91 définissant les trois tronçons α, β , γ. Le rétrécissement
91 définissant le tronçon centrale et les tronçons adjacents α et γ ont dans la direction
perpendiculaire à ox une dimension sensiblement égale à
où λ représente la longueur d'onde du signal transmis par les lignes. De même l'arête
100 de la semelle conductrice 10 comporte, en vis-à-vis du rétrécissement 91, une
vancée 103 dont la dimension, dans la direction perpendiculaire à ox, est égale à
. Cette avancée 103 de la semelle conductrice permet, pour le tronçon central β, d'augmenter
le couplage par modification de la longueur de recouvrement s au niveau du tronçon
β. A titre d'exemple, la mise en oeuvre d'un coupleur comprenant_trois tronçons de
coefficients de couplage respectifs kα = 13 dB, kβ = 1,4 dB, k 'l = 13 dB a permis
la réalisation d'un coupleur 3 dB fonctionnant dans une bande de fréquence comprise
entre 2 GHz et 9,7GHz.
[0032] De même ainsi que représenté figure 5, à titre d'exemple non limitatif, la zone conductrice
centrale 2 commune aux lignes coplanaires est subdivisée en deux zones conductrices
centrales 201 et 202 disjointes séparées par un espacement non conducteur 204. L'espacement
204a, de préférence, dans la direction perpendiculaire à ox, une dimension sensiblement
égale à la dimension, dans cette même direction, du rétrécissement 91 de la bande
transversale 9, et, est situé en vis-à-vis de celui-ci. Les deux zones conductrices
centrales 201 et 202 ont leur extrémité disposée au voisinage de la bande conductrice
transversale 9 reliée par une bande conductrice 203. La bande conductrice 203 constitue
pour le tronçon centrale une zone conductrice de couplage de dimension finie permettant
d'ajuster le couplage du tronçon central β.
[0033] Le mode de réalisation du coupleur objet de l'invention représenté figure 6 est relatif
à un coupleur replié. Ce mode est adapté à une utilisation pour laquelle il est utile
de réunir d'un même côté du substrat diélectrique la voie d'excitation constituée
par la porte A et la voie découplée constituée par la porte D. Par rapport au coupleur
hyperfréquence selon l'invention représenté figure 2, le mode de réalisation non limitatif
du coupleur replié de la figure 6 présente, du point de vue géométrique ou mécanique,
une symétrie par rapport à un axe ZZ' orthogonal au substrat axe de symétrie du substrat.
Les lignes coplanaires et les lignes microbandes sont par exemple disposées symétriquement
par rapport à l'axe ZZ', la zone conductrice centrale commune étant subdivisée en
deux zones conductrices 205, 206 symétriques par rapport à l'axe ZZ' et reliées par
un conducteur 24. Les lignes microbandes sont respectivement sensiblement disposées
dans deux quadrants de la surface du substrat symétriques par rapport à l'axe ZZ'.
De cette manière la porte A formée par la ligne microbande est constituée par la bande
conductrice 7 et la semelle conductrice 10 laquelle recouvre au plus, sur la deuxième
face du substral de materiau diélectrique, deux premiers quadrants délimités par les
plans de symétrie du substrat orthogonaux et concourrants suivants l'axe ZZ', les
deux premiers quadrants étant symétriques par rapport à l'axe ZZ'. Selon le mode de
réalisation non limitatif représenté figure 6, la semelle conductrice 10 comporte
deux parties symétriques par rapport à l'axe ZZ' et délimitées par les arêtes 100,
101, 102 et 105. De même la porte C disposée symétriquement à la porte A par rapport
à l'axe ZZ' est formée par la ligne microbande constituée par la bande conductrice
8 et la semelle conductrice 10. De même les portes B et D formées par les lignes coplanaires
sont respectivement constituées par les bandes conductrices 5 et 6 et par les zones
conductrices 4, 205 et 3, 206 disposées par exemple symétriquement par rapport à l'axe
ZZ'. Les zones conductrices 4, 3 et 205, 206 constitutives des lignes coplanaires
recouvrent au plus, sur la première face du substrat de matériau diélectrique, les
deux quadrants adjacents aux deux premiers quadrants. Les zones conductrices 4, 3
et 205, 206 sont électriquement reliées par des conducteurs 23, 24 constitués par
exemple par des fils d'or connectés aux zones conductrices par thermocompression.
[0034] On a ainsi décrit un coupleur hyperfréquence directif utilisable dans les microcircuits
intégrés hyperfréquence permettant de réaliser des coupleurs directifs ayant une bonne
dynamique de coefficient de couplage bien que les coupleurs selon l'ivention soient
particulièrement adaptés et présentent un maximum d'efficacité pour les couplages
très serrés.
[0035] Les coupleurs selon l'invention permettent en outre de simplifier la technique de
fabrication des coupleurs directifs. En effet selon les configurations proposées pour
la mise en oeuvre de coupleurs objet de l'invention, les cotes nécessaires à la réalisation
d'un coupleur 3 dB sont de l'ordre de quelques dizièmes de millimètres. De ce fait
l'influence de l'épaisseur des bandes et zones conductrices est également diminuée
avec pour conséquence résultante l'effet négligeable de la précision d'usinage des
zones conductrices compte tenu des performances permises par les procédés de sérigraphie
ou usinage ionique classiques, et, en définitive un accroissement de la reproductibilité
des performances du coupleur.
[0036] Les coupleurs hyperfréquence directifs selon l'invention facilitent également une
intégration de la résistance de charge dans la voie découplée du coupleur du fait
de la proximité des plans de masse et permettent d'associer deux techniques de propagation
suivant ligne coplanaire et suivant ligne microbande sur un même substrat de matériau
diélectrique.
[0037] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits. L'introduction de
modifications locales de la structure couplée, notamment à l'extrémité des lignes
couplées en vue d'une modification locale du couplage capacitif ou inductif des lignes
en vue d'une compensation de l'écart des vitesses de propagation des modes pair et
impair ne sort pas du cadre de la présente invention.
1. Coupleur hyperfréquence directif comprenant au moins deux lignes de transmission
couplées sur un même substrat de matériau diélectrique, caractérisé en ce qu'il comporte,
d'une part, sur une première face du substrat de matériau diélectrique :
- un arrangement de zones et de bandes conductrices formant respectivement deux lignes
coplanaires comportant une zone conductrice centrale commune, la bande conductrice
centrale de chacune des lignes coplanaires étant prolongée respectivement par une
autre bande conductrice et une bande conductrice transversale reliant électriquement
les bandes conductrices centrales des lignes coplanaires et les bandes conductrices
prolongeant la bande conductrice centrale des lignes coplanaires, et, d'autre part,
sur une deuxième face du substrat de matériau diélectrique opposée à la première face
:
- une semelle conductrice couplée électriquement à la zone conductrice centrale commune
aux lignes coplanaires, la semelle conductrice formant des lignes microbandes avec
les bandes conductrices prolongeant les bandes conductrices centrales des lignes coplanaires,
les lignes coplanaires et les lignes microbandes formées par les bandes conductrices
prolongeant la bande conductrice centrale des lignes coplanaires constituant chacune
une voie du coupleur.
2. Coupleur hyperfréquence directif selon la revendication 1, caractérisé en ce que
l'arrangement des zones et bandes conductrices sur la première face du substrat forme
un système de deux lignes coplanaires parallèles comportant une zone conductrice centrale
commune, chacune des lignes coplanaires constituant une voie du coupleur, la bande
conductrice centrale de chaque ligne coplanaire étant prolongée par une troisième
et par une quatrième bande conductrice respectivement alignée avec chacune des bandes
conductrices centrales des lignes coplanaires, la bande conductrice transversale reliant
la bande conductrice centrale des lignes coplanaires étant disposée orthogonalement
à celles-ci, le couplage électrique de la semelle conductrice à la zone conductrice
centrale commune aux lignes coplanaires étant défini par la longueur de recouvrement
s de la semelle conductrice par la zone conductrice centrale commune aux lignes coplanaires.
3. Coupleur hyperfréquence directif selon la revendication 2, caractérisé en ce que
l'extrémité de la zone conductrice centrale commune aux lignes coplanaires située
au voisinage de la bande conductrice transversale est constituée par une arête rectiligne
orthogonale aux bandes conductrices centrales des lignes coplanaires, la semelle conductrice
comportant au niveau de son extrémité de recouvrement une arête rectiligne parallèle
à l'arête rectiligne de la zone conductrice centrale commune aux lignes coplanaires.
4. Coupleur hyperfréquence directif selon la revendication 3, caractérisé en ce que
la dimension de la semelle conductrice suivant une direction parallèle à l'arête rectiligne
de son extrémité de recouvrement est limitée par deux arêtes obliques symétriques
par rapport à un plan de symétrie P longitudinal du substrat diélectrique, la semelle
conductrice ayant à son extrémité de couplage avec la zone conductrice centrale commune
aux lignes coplanaires une forme trapézoïdale permettant de présenter aux bornes d'accès
du coupleur une impédance maximale.
5. Coupleur hyperfréquence directif selon l'une des revendications 1 à 3,caractérisé
en ce que la première face du substrat de matériau diélectrique comporte en outre
une zone conductrice supplémentaire disposée au voisinage de la bande conductrice
transversale et entre les bandes conductrices prolongeant les bandes conductrices
centrales des lignes coplanaires, la zone conductrice supplémentaire étant connectée
électriquement à la zone conductrice centrale commune aux lignes coplanaires.
6. Coupleur hyperfréquence directif selon la revendication 5, caractérisé en ce que
la zone conductrice supplémentaire est constituée par une bande conductrice rectangulaire
disposée parallèlement à la bande conductrice transversale et à l'arête rectiligne
de la zone conductrice centrale commune aux lignes coplanaires.
7. Coupleur hyperfréquence directif selon les revendications 5 et 6, caractérisé en
ce que, le coupleur étant un coupleur multi- tronçons, la bande conductrice transversale
est constituée d'une pluralité de sections définissant les différents tronçons.
8. Coupleur hyperfréquence directif selon la revendication 7, caractérisé en ce que
la bande conductrice transversale comporte un rétrécissement définissant un tronçon
central et deux tronçons adjacents, le tronçon central et les tronçons adjacents ayant,
dans la direction perpendiculaire à la direction ox de propagation des signaux sur
les lignes coplanaires, une dimension sensiblement égale à * où À représente la longueur
d'onde du signal transmis par les lignes, l'arête rectiligne de l'extrémité de recouvrement
de la semelle conductrice comportant en vis-à-vis du rétrécissement une avancée de
dimension, suivant une direction perpendiculaire à ox, égale à la dimension du rétrécissement
suivant cette même direction.
9. Coupleur hyperfréquence selon les revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la
zone conductrice centrale commune aux lignes coplanaires est subdivisée en deux zones
conductrices centrales disjointes séparées par un espacement non conducteur, les deux
zones conductrices centrales ayant leur extrémité disposée au voisinage de la bande
conductrice transversale reliée par une bande conductrice.
10. Coupleur hyperfréquence directif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en
ce que les lignes coplanaires et les lignes microbandes sont respectivement disposées
sensiblement dans deux quadrants symétriques par rapport à un axe ZZ', de symétrie
orthogonal au substrat, la semelle conductrice comportant deux parties recouvrant
au plus, sur la deuxième face du substrat, deux premiers quadrants délimités par des
plans de symétrie du substrat orthogonaux et concourrants suivant l'axe ZZ', les zones
conductrices constituants les lignes coplanaires recourant au plus, sur la première
face du substrat de matériau diélectrique, les deux quadrants adjacents aux deux premiers
quadrants.
11. Coupleur hyperfréquence directif selon la revendication 10, caractérisé en ce
que les lignes coplanaires et les lignes microbandes sont respectivement disposées
symétriquement par rapport à un axe de symétrie ZZ' orthogonal au substrat de matériau
diélectrique, sensiblement dans deux quadrants de la surface du substrat symétriques
par rapport à l'axe ZZ', la semelle conductrice, comportant deux parties symétriques
par rapport à l'axe ZZ', recouvrant au plus sur la deuxième face du substrat, deux
premiers quadrants délimités par des plans de symétrie du substrat orthogonaux et
concourrants suivant l'axe ZZ', les zones conductrices constituant les lignes coplanaires
recouvrant au plus, sur la première face du substrat de matériau diélectrique, les
deux quadrants adjacents aux deux premiers quadrants symétriquement par rapport à
l'axe ZZ'.
12. Circuit hyperfréquence comportant un coupleur directif selon l'une des revendications
précédentes.