FR2861502A1 - Composant electronique a ligne coplanaire - Google Patents
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Abstract
Composant avec au moins une ligne coplanaire, ayant un conducteur central (3) et au moins deux conducteurs extérieurs (4, 5), situés par segment des deux cotés du conducteur central (3).Une terminaison de ligne prévue pour la ligne coplanaire, comprend au moins un élément résistant reliant le conducteur central (3) en extrémité aux deux conducteurs extérieurs (4, 5).Indépendamment de l'au moins un élément résistant, une liaison (7) d'extrémité est prévue entre les deux conducteurs extérieurs (4, 5).
Description
Domaine de l'invention
La présente invention concerne un composant avec au moins une ligne coplanaire, la ligne coplanaire ayant un conducteur central et au moins deux con-5 ducteurs extérieurs, situés par segment des deux cotés du conducteur central, et une terminaison de ligne prévue pour la ligne coplanaire, comprenant au moins un élément résistant reliant le conducteur central en extrémité aux deux conducteurs extérieurs.
L'invention concerne également une terminaison de ligne pour la ligne coplanaire comportant au moins un élément résistant reliant l'extrémité du conducteur central aux deux conducteurs extérieurs.
Etat de la technique La technique des lignes coplanaires (guides d'ondes copia- naires ou CPW) s'utilise pour les circuits haute fréquence en particulier ceux travaillant dans le domaine des ondes millimétriques, car les lignes coplanaires présentent des propriétés remarquables de haute fréquence en liaison avec les commutateurs en micromécanique pour les signaux haute fréquence.
La construction d'une ligne coplanaire telle qu'elle est con-nue selon l'état de la technique est représentée aux figures la, lb; la figure la représente une coupe d'un composant avec une ligne coplanaire et la figure lb ou vue de dessous de la surface supérieure du composant. Le composant est formé d'un substrat 1 qui peut être réalisé de plusieurs couches. La couche supérieure 2 du substrat porte un conducteur central 3 de largeur w et d'épaisseur ta, ainsi que deux conducteurs extérieurs 4, 5 de largeur ba, bb et d'épaisseur ta, tb. Les deux conducteurs extérieurs 4, 5 sont parallèles au conducteur central 3. L'intervalle entre le conducteur central 3 et le conducteur d'extérieur 4, 5 est de même largeur ga, gb ce qui n'est pas nécessaire dans chaque ligne coplanaire. Le conducteur central 3 sert de conducteur de transmission de signaux. La géométrie de ligne pour une impédance donnée a une certaine fréquence dépend des paramètres de la matière et de l'épaisseur des couches de substrat ainsi que des couches conductrices dans lesquelles sont réalisées le conducteur central 3 et les conducteurs extérieurs 4, 5. Cette structure peut être cou-verte d'une ou plusieurs couches de recouvrement.
La figure 2 montre une terminaison de ligne pour des lignes coplanaires réalisable par exemple sur des substrats de calibrage d'analyseurs de réseaux de canaux. Les dimensions des lignes dans cette application sont relativement faibles. Il s'agit de manière caractéristique de conducteurs moyens de 50 m. La terminaison de ligne comprend dans ce cas deux éléments résistants 6 perpendiculaires à la direction de la li- gne coplanaire, c'est-à-dire orthogonaux au conducteur central et aux conducteurs extérieurs 4 et 5. Les éléments résistants sont réglés sur une résistance de courant continu exactement sur une valeur de 50 Ohm (+/- 0,3 %). Ainsi dans une plage de 50 à 110 GHz on atteint des dimensions d'adaptation d'environ -30 à -25 dB. En dessous de 26 GHz, l'adaptation est supérieure à - 35 dB.
But de l'invention La présente invention a pour but de développer un nouveau concept de terminaison de ligne ayant des réflexions aussi réduites que possible pour des lignes coplanaires.
Exposé et avantage de l'invention A cet effet l'invention concerne un composant du type défini ci-dessus qui, indépendamment d'au moins un élément résistant, comporte une liaison d'extrémité entre les deux conducteurs extérieurs. Cela permet d'éliminer un mode analogue à celui d'une ligne fendue et qui se produit notamment dans le cas de lignes coplanaires complexes ayant des coins ou des dérivations en faillie de T. De plus une liaison entourant de façon annulaire la terminaison pour le conducteur extérieur élimine toute diaphonie avec d'autres parties de circuit.
De plus, selon l'invention, au moins un élément résistant de la terminaison de ligne est installé suivant un angle en biais par rapport au conducteur central, c'est-à-dire suivant un angle qui est soit supérieur soit inférieur à 90 . Cela permet de réaliser une très bonne adaptation même si les dimensions de la ligne coplanaire sont relativement importantes. Dans ce cas également on peut relier les conducteurs extérieurs pour éliminer le mode analogue à celle d'une fente de ligne et la sur-sollicitation dans d'autres parties de circuit.
En principe on a différentes possibilités pour réaliser le composant selon l'invention et en particulier pour réaliser la liaison entre les deux conducteurs extérieurs et pour réaliser les éléments résistants de la terminaison de ligne. Dans cette variante avantageuse du composant de l'invention, à la fois les éléments résistants ainsi que la liaison d'extrémité entre les deux conducteurs extérieurs sont prévus dans le même plan de couche que le conducteur central et les deux conducteurs extérieurs. Il est également possible de réaliser les éléments résistants et/ou la liaison d'extrémité du conducteur extérieur dans un autre plan de couche que le conducteur central et les deux conducteurs extérieurs et de faire le con- tact traversant avec le conducteur central ou les conducteurs extérieurs pour réaliser les éléments résistants et/ou la liaison sous la forme d'un passage par en dessous ou d'un pont.
Comme déjà indiqué, les éléments résistants de la terminai-son de ligne sont installés suivant une variante du composant de l'invention avec un angle incliné par rapport au conducteur central. Les éléments résistants peuvent partir de la face frontale du conducteur central ou également à partir des cotés du conducteur central, ces éléments résistants étant orientés parallèlement aux conducteurs extérieurs. Le conducteur central peut être plus court ou plus long que les conducteurs extérieurs de sorte que les conducteurs extérieurs débordent du conduc- teur central ou que le conducteur central déborde des conducteurs extérieurs.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des différents exemples de réalisation représentés dans 20 les dessins annexés dans lesquels: les figures la, lb montrent la structure d'un composant équipé d'une ligne coplanaire selon l'état de la technique; la figure 2 montre une terminaison de ligne connue pour une ligne coplanaire (état de la technique) ; la figure 3 montre une terminaison de ligne pour une ligne coplanaire selon l'invention; la figure 4 montre une autre terminaison de ligne d'une ligne coplanaire selon l'invention; les figures 5a, 5b montrent une terminaison de ligne d'une ligne copia- paire correspondant à un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 6 montre une autre terminaison de ligne d'une ligne coplanaire selon une variante; la figure 7 montre une première application à un composant selon l'invention; - la figure 8 montre une seconde application à un composant selon l'invention.
Description de modes de réalisation
La figure 3 est une vue de dessus d'une ligne coplanaire comportant un conducteur central 3 et deux conducteurs extérieures 4, 5 parallèles au conducteur central 3. Les conducteurs extérieurs 4, 5 identi- ques dans ce cas, sont beaucoup plus larges que le conducteur central 3 en étant symétriques par rapport à celui-ci. La ligne coplanaire est munie d'une terminaison de ligne constituée ici par deux éléments résistants 6 par lesquels le conducteur central 3 est relié en extrémité aux deux conducteurs extérieurs 4 et 5. Les éléments résistants 6 sont perpendiculai- res au conducteur central 3 et aux conducteurs extérieurs 4, 5; ces éléments résistants partent des deux cotés du conducteur central 3 en étant parallèles aux conducteurs extérieurs 4, 5.
Selon l'invention, indépendamment des deux éléments résistants 6 on a une liaison 7 d'extrémité entre les deux conducteurs exté- rieurs 4, 5 de façon que l'extrémité du conducteur central 3 avec les éléments résistants soit entourée de façon annulaire par les deux conducteurs extérieurs 4, 5 et leur liaison 7.
La variante d'une terminaison de ligne représentée à la figure 3 convient notamment pour des applications à des lignes de faible dimension. Aux fréquences élevées, le facteur de réflexion présente ici une composante capacitive.
Contrairement à cela, le facteur de réflexion de la variante représenté à la figure 4 d'une terminaison de ligne à une composante inductive. La ligne coplanaire de cet exemple de réalisation est comme celle de la figure 3, avec un conducteur central 3 et les conducteurs extérieurs 4, 5 reliés en extrémité. La terminaison de ligne comprend ici toutefois seulement un élément résistant 8 partant de la face frontale du conducteur central 3 et arrivant comme prolongement du conducteur central 3 au niveau de la liaison d'extrémité 7 des conducteurs extérieurs 4, 5.
La géométrie de ligne représentée à la figure 4 permet de réaliser une bonne terminaison de ligne pour des couches résistantes à faible résistance surfacique, de manière caractéristique inférieure à 10 û si l'effet de la couche résistante sur l'impédance de ligne est prise en compte dans la géométrie de l'élément résistant 8 ou dans la géométrie de la ligne formée des conducteurs extérieurs 4, 5 et de l'élément résistant 8. La ter iuinaison de ligne est ici en général relativement importante ce qui permet d'absorber également des puissances HF, importantes.
Les terminaisons de ligne représentées aux figures 5 et 6 permettent également de réaliser une très bonne adaptation si les dimensions de la ligne coplanaire sont relativement grandes. L'expression relativement grande signifie par exemple 77 GHz de sorte que le con- ducteur central d'une ligne coplanaire sur un substrat en céramique ou un substrat semi conducteur est d'une largeur supérieure à environ 50 m. Cette caractéristique est intéressante pour l'intégration des composants micromécaniques et per iiiet en outre d'avoir une ligne à faible amortissement.
Dans les terminaisons de ligne représentées aux figures 5a et 5b, les conducteurs extérieurs 4, 5 ne sont pas reliés en extrémité. Les terminaisons de ligne sont réalisées ici chaque fois par deux éléments résistants 9 reliant le conducteur central 3 en extrémité aux deux conducteurs extérieurs 4, 5; les éléments résistants 9 des deux cas sont inclinés par rapport au conducteur central et symétrique par rapport à celui-ci. Le conducteur central 3 de la variante représentée à la figure 5a est plus court que les deux conducteurs extérieurs 4, 5. Les éléments résistants 9 partent ici de la face frontale du conducteur central 3 et sont inclinés vers l'avant en direction des extrémités en saillie des conducteurs extérieurs 4, 5. Contrairement à cela, le conducteur central 3 de la variante représentée à la figure 5b dépasse des extrémités les deux conducteurs extérieurs 4, 5. Les éléments résistants 9 partent ici des cotés du conducteur central 3 tourné vers les conducteurs extérieurs 4, 5 et sont dirigés en biais vers l'arrière vers les extrémités des conducteurs extérieurs 4, 5.
Les deux variantes représentées aux figures 5a, 5b permettent de réaliser une terminaison de ligne ayant une très faible composante déwattée. L'angle optimum d'installation des éléments résistants 9 ainsi que la largeur optimale de ces éléments résistants 9 dépendent de la géométrie de la ligne, de la résistance surfacique de la couche résistante ainsi que de la fréquence. Comme la répartition du courant entre les éléments résistants 9 n'est plus homogène aux fréquences élevées, en général il ne suffit pas d'optimiser les éléments résistants 9 selon leur résistance en courant continu. Mais on peut faire une optimisation par des calculs de simulation. En raccourcissant ou en rallongeant le conducteur central 3 par rapport aux conducteurs extérieurs 4, 5 on peut régler de manière précise les composantes déwattées et les compenser.
La tel ininaison de ligne représentée à la figure 6 présente par rapport à la variante de la figure 5a, l'avantage d'éliminer les modes coplanaires parasites grâce à la liaison 7 à une extrémité des deux conducteurs extérieurs 4, 5 et d'éviter la sur-modulation d'autres parties du circuit.
Les composants considérés ici trouvent des applications dans de nombreux domaines de la technique. Dans le domaine de la construction automobile, on peut utiliser de tels composants par exemple en liaison avec des antennes hyperfréquence servant de capteurs radar de distance. Ainsi pour la régulation adaptative de vitesse (réglage adaptatif de vitesse - ACC) on utilise des antennes hyperfréquence fonctionnant dans la plage LRR (radar à longue portée). Les antennes hyperfréquence travaillant dans la plage SRR (radar à plage courte) sont utilisées par exemple dans le cadre des moyens d'assistance automatique ou manoeuvres de rangement, à la surveillance automatique de l'angle mort et au déclenchement pré collision des coussins gonflables. Ces antennes hyperfréquence sont réalisées habituellement comme des antennes de groupe et sont équipées avantageusement d'un lob de rayonnement que l'on peut basculer ou commuter de manière électronique.
Pour basculer de manière électronique un faisceau on peut utiliser un réseau de formation de faisceau comme par exemple une ma- trice Butler ou une lentille Rotman comme cela est représenté à la figure 7. La lentille Rotman est dans ce cas une structure planaire sur un substrat d'ondes millimétriques avec des microlignes en ruban comme entrées et sorties. Cette antenne est formée de structures gravées par gravures chimiques à savoir d'une ligne de plaques parallèles 10 de forme lenticu- laire et de lignes de compensation 11 de longueurs différentes reliées aux éléments d'antenne 12. De l'autre côté de la ligne de plaques parallèles 11 on a des lignes d'alimentation 13 reliées par un commutateur 14 à un circuit de haute fréquence 15. Les signaux des différents lobs d'antenne sont appliqués ou détectés sur les lignes d'alimentation 13. Chaque ligne d'alimentation 13 comporte un élément de commutation 16 pour permettre de commander séquentiellement les lignes d'alimentation 13. Les éléments de commutation 16 peuvent être réalisés sous la forme de commutateur en micro mécanique (MEMS) ou aussi sous la forme d'éléments actifs tels que des diodes PIN, dans des circuits du domaine des ondes millimétriques ou micrométriques, intégrées (circuit MMIC).
Pour le fonctionnement de la lentille Rotman représentée ici de même que pour une matrice Butler, il est nécessaire de terminer toutes les lignes d'alimentation 13 non utilisées de façon à ce qu'elle présente de faibles réflexions. Dans ce contexte, le concept selon l'invention d'une terminaison de ligne peut s'utiliser avantageusement. La terminaison de ligne se présente ici sous la forme d'un élément résistant 17 relié à l'élément de commutation correspondant 16.
La figure 8 montre un concept d'antenne adaptatif, reconfiguré, utilisable également dans le cadre d'un capteur radar. Les différents éléments d'antenne 12, les colonnes d'antenne ou les sous-groupes d'éléments d'antenne 12 d'un réseau d'antenne sont reliés à un circuit haute fréquence 15 par des lignes d'alimentation 13. Les lignes d'alimentation 13 comportent chaque fois un élément de commutation 16, absorbant, pour permettre de brancher ou de couper au choix des parties du réseau d'antenne.
Les éléments d'antenne coupés doivent être terminés avec aussi peu que possible de réflexion pour que la partie active de l'antenne soit influencée aussi faiblement que possible. Dans ce contexte également, on peut utiliser avantageusement le concept de l'invention d'une terminaison de ligne; dans ce cas cette tep minaison de ligne est constituée par un élément résistant 17 relié à l'élément de commutation 16 correspondant.
Le concept inventif décrit ci-dessus d'une terminaison de li- gne intégrée, pour des circuits HF intégrés, permet de réaliser une très bonne adaptation aux ondes micrométriques et millimétriques. C'est pourquoi ce concept peut être utilisé dans les domaines techniques les plus divers comme par exemple en technique de communication, en technique radar ou en technique de satellite ainsi que pour des systèmes mi- litaires.
Claims (8)
1 ) Composant avec au moins une ligne coplanaire, la ligne coplanaire ayant un conducteur central (3) et au moins deux conducteurs extérieurs (4, 5), situés par segment des deux cotés du 5 conducteur central (3), et une terminaison de ligne prévue pour la ligne coplanaire, comprenant au moins un élément résistant (6) reliant le conducteur central (3) en extrémité aux deux conducteurs extérieurs (4, 5) caractérisé en ce qu' indépendamment de l'au moins un élément résistant (6), une liaison (7) d'extrémité est prévue entre les deux conducteurs extérieurs (4, 5).
2 ) Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' l'au moins un élément résistant (6) et/ ou la liaison d'extrémité (7) entre les deux conducteurs extérieurs (4, 5) sont réalisés dans le même plan de coupe que le conducteur central (3) et les deux conducteurs extérieurs (4, 5).
3 ) Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'au moins un élément résistant et/ ou la liaison d'extrémité entre les deux conducteurs extérieurs est réalisée dans un autre plan de couche que le conducteur central et les deux conducteurs extérieurs de façon à réaliser l'élément résistant et/ou la liaison sous la forme d'un passage par en des-sous ou d'un pont.
4 ) Composant ayant au moins une ligne coplanaire dans lequel: la ligne coplanaire comprend un conducteur central (3) et au moins deux conducteurs extérieurs (4, 5), prévus par segment des deux cotés du conducteur central (3) ; et une terminaison de ligne prévue pour la ligne coplanaire, comprenant au moins un élément résistant (9) qui relie le conducteur central (3) en extrémité aux deux conducteurs extérieurs (4, 5) ,
selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que l'au moins un élément résistant (9) de la terminaison de ligne est installé suivant un angle en biais par rapport au conducteur central (3) c'est-à-dire un angle qui est soit supérieur soit inférieur à 90 .
5 ) Composant selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'au moins un élément résistant (9) de la terminaison de ligne part du côté frontal du conducteur central (3).
6 ) Composant selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'au moins un élément résistant (9) part d'un côté du conducteur central (3) orienté parallèlement aux conducteurs extérieurs (4, 5).
7 ) Composant selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le conducteur central (3) est plus court ou plus long que le conducteur extérieur (4, 5).
8 ) Application d'un composant selon l'une des revendications 1 à 7, dans le cadre d'un circuit à haute fréquence intégré notamment dans des commutateurs absorbants et des substrats de calibrage.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20120629 |