FR2940859A1 - Ensemble d'adaptation d'impedance, circuit electronique et procedes de fabrication associes - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ensemble (19) d'adaptation d'impédance comprenant : - un guide (5) d'ondes apte à guider des ondes, à partir de ou vers un composant (12) ; - au moins un transformateur (2) d'impédance pour effectuer la transition des ondes entre le guide d'ondes (5) et le composant (12), ledit ensemble étant caractérisé en ce que - le transformateur (2) comporte une plaque, le guide d'ondes (5) comprenant une fente (11) apte à recevoir la plaque du transformateur (2) de manière amovible. L'invention concerne également un circuit électronique avec un tel ensemble. Enfin, l'invention concerne des procédés de fabrication associés.
Description
Domaine technique général L'invention concerne un ensemble d'adaptation d'impédance, pour application dans le domaine de l'électronique. L'invention concerne également un circuit électronique avec un tel ensemble. Enfin, l'invention concerne des procédés de fabrication associés.
Présentation de l'Art Antérieur Il existe quatre principaux types de transition entre un guide d'ondes et un composant, ledit composant comportant par exemple une ligne microruban ou un connecteur de câble coaxial : les transitions par sonde, les transitions par patch, les transitions utilisant une fente au niveau du plan de masse sous le conducteur microruban, et enfin les transitions placées dans le sens de propagation du guide d'ondes On connait des dispositifs de transition dans le sens de propagation du guide d'ondes. Dans ce type de transition, le guide d'ondes et la ligne microruban sont orientés de telle sorte que leurs modes de propagations sont dans la même direction. Plus précisément, ce type de transition est constitué d'une discontinuité entre par exemple une ligne microruban et un guide d'ondes corrugué qui se transforme ensuite en un guide d'ondes rectangulaire métallique. Avec ce type de structure, l'adaptation est réalisée avec un transformateur d'impédance, qui constitue la transition entre le guide d'ondes et la ligne microruban. Le transformateur d'impédance joue donc un rôle déterminant dans l'obtention de bonnes performances électriques.
Dans certaines des solutions proposées à ce jour, le transformateur d'impédance est réalisé directement dans le corps de la transition. De plus, l'épaisseur du transformateur d'impédance, qui dépend de la fréquence d'utilisation, est souvent faible (par exemple, à 94GHz, l'épaisseur optimale est de l'ordre de 200 à 4001um). Pour toutes ces raisons, ces solutions rendent la réalisation mécanique dudit transformateur d'impédance délicate et compliquée, ce qui peut avoir un impact négatif sur les performances électriques. Comme le montre la figure 1, FR 2.754.108 divulgue un dispositif de transition entre un guide d'ondes 29, présentant une crête 30 faisant transformateur d'impédance, et la ligne microruban 31, la dite transition étant réalisée via un transformateur d'impédance à profil sinusoïdal, usinée directement dans le guide d'ondes 29.
Un inconvénient de cette solution est que la fabrication du transformateur d'impédance directement dans le guide d'ondes impose un usinage complexe. Un autre inconvénient est que cette solution est coûteuse à fabriquer. Un autre inconvénient encore de cette solution est qu'on ne peut changer facilement de transformateur d'impédance et donc l'on ne peut changer facilement l'impédance associée.35 Présentation de l'invention L'invention propose de pallier au moins un des inconvénients précités. A cet effet, on propose selon l'invention un ensemble d'adaptation d'impédance comprenant : - un guide d'ondes apte à guider des ondes, à partir de ou vers un composant; - au moins un transformateur d'impédance pour effectuer la transition des ondes entre le guide d'ondes et le composant, ledit ensemble étant caractérisé en ce que - le transformateur comporte une plaque, le guide d'ondes comprenant une fente apte à recevoir la plaque du transformateur de manière amovible.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - l'ensemble comprend une pluralité de transformateurs d'impédance, chaque plaque d'un transformateur d'impédance comprenant un bord de transition suivant un profil d'adaptation d'impédance, différent du profil d'une plaque d'un autre transformateur, afin que, pour une fréquence d'utilisation donnée, l'on puisse adapter l'impédance de transition en insérant dans la fente une plaque correspondant à l'impédance désirée ; - il comprend des moyens de réglage du positionnement de la plaque du transformateur d'impédance dans la fente, comportant des plots solidaires de la plaque du transformateur et coopérant avec une paroi du guide d'onde et/ou une platine de réglage ; - il comprend des moyens d'amélioration d'un contact électrique entre le transformateur d'impédance et le guide d'ondes, et/ou entre le transformateur d'impédance et le composant ; - il comprend des moyens de renforcement de la réception de la plaque du transformateur d'impédance dans la fente, comportant un point de colle, une soudure, ou une tenue mécanique.
L'invention concerne également un circuit électronique, comprenant un composant, ledit circuit électronique étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un ensemble d'adaptation d'impédance relié au composant. Enfin, l'invention propose des procédés de fabrication associés, à savoir un procédé de réalisation d'un ensemble d'adaptation d'impédance et un procédé de réalisation d'un circuit correspondant. 230 Un avantage de l'invention est de proposer une transition entre un guide d'ondes et un composant utilisant un transformateur d'impédance dont la réalisation mécanique est plus simple que les solutions de l'art antérieur, et donc performante. Un autre avantage de l'invention est de proposer un transformateur d'impédance pouvant être aisément interchangeable. Un autre avantage encore de l'invention est de proposer une transition dont l'impédance peut être aisément changée pour être adaptée à la fréquence d'utilisation et/ou optimisée pour répondre aux spécifications désirées. Un autre avantage encore de l'invention est de proposer une solution pouvant s'adapter sur tous les types de guide d'ondes et à toutes les fréquences d'utilisation. Un autre avantage encore de l'invention est de proposer une solution pouvant faire la transition entre un guide d'ondes et des composants de technologie différente. Enfin, un autre avantage de l'invention est de proposer une solution réduisant les coûts de fabrication.
Présentation des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà commentée, est une représentation d'une solution de l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un ensemble d'adaptation d'impédance selon l'invention ; - la figure 3 est une vue de côté d'un transformateur d'impédance optimisé pour un fonctionnement à 94GHz ; - la figure 4 est une représentation d'un profil d'un bord d'un transformateur d'impédance optimisé pour un fonctionnement à 94GHz ; - la figure 5 est une vue schématique en coupe d'un ensemble d'adaptation d'impédance selon l'invention relié à un connecteur de câble coaxial ; - la figure 6 est une vue schématique de dessus et de profil d'une portion d'un guide d'ondes 30 de type WR1O à brides circulaires ; - la figure 7 est une vue schématique de dessus et de profil de l'étape d'un procédé selon l'invention consistant à creuser dans le guide d'ondes de la figure 6 une fente pour recevoir un transformateur d'impédance et une ouverture pour recevoir un composant ; - la figure 8 est une vue schématique de dessus et de profil dans l'étape d'un procédé selon 35 l'invention consistant à pré-positionner un composant et un transformateur d'impédance - la figure 9 est une vue schématique de dessus et de profil du guide d'ondes dans l'étape d'un procédé selon l'invention, dans laquelle un composant et un transformateur d'impédance ont été insérés dans leurs logements respectifs - la figure 10 est une vue schématique de dessus et de profil d'un mode de réalisation de l'invention dans laquelle le guide d'ondes guide les ondes vers et à partir d'un composant
Description détaillée La figure 2 est une vue schématique en coupe d'un ensemble 19 d'adaptation d'impédance selon l'invention.
L'ensemble 19 comprend principalement un guide 5 d'ondes apte à guider des ondes, à partir de ou vers un composant 12 et au moins un transformateur 2 d'impédance pour effectuer la transition des ondes entre le guide d'ondes 5 et le composant 12. Il est clair que la transition selon l'invention peut s'effectuer aussi bien à partir du guide 5 d'ondes vers le composant 12, qu'à partir du composant 12 vers le guide 5 d'ondes, comme cela sera exposé en figure 10. Le transformateur 2 d'impédance est positionné dans une fente 11, pratiquée dans une paroi 6 du guide 5 d'ondes. Le guide 5 d'ondes, de par la présence de la fente 1l, est apte à recevoir le transformateur 2 de manière amovible. Le transformateur 2 d'impédance est positionné dans la fente 11 du guide d'ondes 5 de manière à ce que d'une part une extrémité 14 d'un bord 3 de transition du côté du composant 12 vienne affleurer le composant 12 et d'autre part à ce qu'une autre extrémité 15 de son bord 3 du côté du guide 5 d'ondes vienne affleurer une face interne de la paroi 6 la face interne du guide d'ondes 5. Une vue de côté d'un exemple de transformateur 2 d'impédance est représenté en figure 3. Le transformateur d'impédance 2 comporte une plaque dont la forme est par exemple un parallépipède mais dont le bord 3 de transition suit un profil particulier, comme le profil 1 de la figure 1, sensiblement sinusoïdal. Le profil 1 représente la forme du bord 3 de transition du transformateur d'impédance 2. La géométrie de la plaque du transformateur 2 d'impédance est purement illustrative, et différentes géométries peuvent être utilisées pour réaliser le transformateur d'impédance. Ces géométries sont déterminées grâce à des outils de simulations électromagnétiques pour une gamme de fréquence de fonctionnement donnée et de manière à obtenir les meilleures performances électriques.
L'ensemble 19 d'adaptation d'impédance de la figure 2 comprend en outre des moyens 28 de réglage du positionnement de la plaque du transformateur d'impédance 2 dans la fente 11. Les moyens 28 comprennent par exemple des trous 4 pratiqués dans la plaque du transformateur d'impédance 2, dans lesquels on vient insérer des plots 7 coopérant avec la face externe de la paroi 6 du guide d'ondes. Les moyens 28 peuvent également comprendre une platine de réglage, ou toute autre montage mécanique connu de l'homme du métier.
Comme souligné précédemment, le guide 5 d'ondes est apte à recevoir le transformateur 2 d'impédance de manière amovible. Un avantage de l'invention est de pouvoir disposer d'une pluralité de transformateurs 2 d'impédance, et donc de pouvoir optimiser l'impédance de la transition pour une gamme de fréquence d'utilisation donnée, en insérant dans la fente 11 une plaque permettant de synthétiser l'impédance désirée. Il suffit de fabriquer le bord 3 de transition de chaque plaque du transformateur 2 d'impédance suivant un profil 1 d'adaptation d'impédance, différent du profil d'une plaque d'un autre transformateur. L'adaptation d'impédance est ainsi réalisée de manière très flexible grâce à l'invention.
L'ensemble 19 d'adaptation d'impédance peut avantageusement comprendre des moyens 27 d'amélioration d'un contact électrique entre le transformateur d'impédance 2 et le guide d'ondes 5, et/ou entre le transformateur d'impédance 2, et le composant 12. Le contact électrique, entre le transformateur d'impédance 2 et le composant 12 au niveau de l'extrémité 14 du bord de transition 3 côté composant 12 du transformateur d'impédance 2, peut être optimisé par dépôt de colle à l'argent, de colle conductrice, ou par soudure.
25 De la colle à l'argent ou de la soudure peuvent également être déposées au niveau des parties du transformateur d'impédance 2 et du guide 5 d'ondes qui sont en contact (e.g. au niveau de la fente 11 par laquelle on insère le transformateur d'impédance 2 dans le guide 5 d'ondes) afin d'améliorer les performances électriques de la transition.
30 Il est à noter que ces moyens 27 ne remettent pas en cause le caractère amovible du transformateur 2 d'impédance dans la fente 11. En effet, il est clair qu'une soudure ou un point de colle peuvent facilement être retirés.
Par ailleurs, l'ensemble 19 d'adaptation d'impédance peut inclure des moyens 26 de 35 renforcement de la réception de la plaque du transformateur 2 d'impédance dans la fente 11.20 Plusieurs solutions sont envisageables comme par exemple le dépôt d'un point de colle, ou d'une soudure ou une tenue mécanique. Il est à noter que ces moyens 26 ne remettent pas en cause le caractère amovible du transformateur 2 d'impédance dans la fente 11. En effet, il est clair qu'une soudure ou un point de colle peuvent facilement être retirés.
L'ensemble 19 d'adaptation d'impédance est avantageusement utilisé pour la formation d'un circuit électronique, comme on peut le voir en figure 2 et 5. Ainsi, le composant 12 de la figure 2 comporte notamment tout circuit planaire constitué par un support d'un conducteur, qu'il soit en technologie microruban (plan de masse sous le substrat), en technologie coplanaire (plans de masse de part et d'autre du conducteur central), en technologie coplanaire avec plan de masse ou en technologie microruban suspendu, et/ou tout type de composant électronique, par exemple une puce électronique.
Le composant 12 peut également comporter un connecteur de câble coaxial, comme on peut le voir sur la figure 5, où l'on a représenté l'ensemble 19 de transition d'impédance comprenant le guide d'ondes 5, le transformateur d'impédance 2 inséré dans le fente 1l, et un corps de la transition 8 entre le guide 5 d'ondes et le composant 12, en l'occurrence un connecteur de câble coaxial.
Des procédés de fabrication de l'invention vont à présent être décrits. La figure 6 est une vue schématique de dessus et de profil d'une portion d'un guide 5 d'ondes de type WR10 à brides circulaires de 60 mm de long avec des parois de 1 mm d'épaisseur (échelle 2 à 1), comportant au moins une paroi 6. Les procédés de fabrication vont être décrits sur ce guide d'ondes 5 de manière purement illustrative. En effet, un avantage de l'invention est qu'elle peut être adaptée à toutes à tous les types de guide d'ondes et donc à toutes les gammes de fréquence. Outre les guides d'ondes WR10, on peut citer à titre d'exemple mais de manière non limitative les guides WR12, WR15, WR19, WR22, WR28 et WR42, à brides rectangulaires ou circulaires. Dans une étape du procédé, on fabrique la plaque du transformateur d'impédance 2, comme représentée en figure 3. Ce transformateur d'impédance 2 est optimisé pour un fonctionnement à 94 GHz. Dans cet exemple de réalisation, le transformateur d'impédance 2 a été réalisé dans une feuille de laiton de 3001um d'épaisseur. Il est possible de réaliser le transformateur d'impédance 2 dans différents matériaux comme le laiton, l'aluminium, l'or ou tout autre métal ou alliage. La réalisation du transformateur d'impédance peut être faite ave une machine à commande numérique du type LPKF (graveur de circuit imprimé), ou par découpe laser, ou par découpe par jets d'eau, ou par découpe par fraiseuse, ou par découpe par fraiseuse numérique, ou par moulage ou encore par toute autre technique connue de l'homme du métier. Quelle que soit la technique utilisée pour réaliser le transformateur d'impédance 2, un avantage de l'invention est de pouvoir réaliser ces opérations non pas dans le corps du guide 5 d'ondes mais sur une feuille de métal ou d'alliage extérieure au montage, ce qui facilite grandement la réalisation, et réduit les coûts de fabrication. Le bord 3 de transition de la plaque du transformateur d'impédance 2 est réalisé en suivant le profil 1 d'adaptation d'impédance de la figure 4. Dans cet exemple de réalisation, le profil 1 du bord 3 du transformateur 2 d'impédance a un profil en cosinus, dont les dimensions sont : - 10 mm de longueur - 1,12 mm de hauteur - 3001um de largeur En figure 7 on a représenté une étape du procédé consistant à former une fente 11 dans la paroi 6 du guide 5 d'ondes, la fente 11 étant apte à recevoir la plaque du transformateur 2 de manière amovible. Une fente 11 d'épaisseur e (correspondant à l'épaisseur du transformateur 2 d'impédance) et de longueur L2 (correspondant par exemple à la longueur du transformateur 2 d'impédance, mais d'autres longueurs étant possibles) est réalisée pour permettre l'insertion du transformateur 2 d'impédance dans ladite fente 11 du guide 5 d'ondes. De plus, on pratique sur le guide 5 d'ondes une ouverture 10 de longueur LI et de profondeur P, afin d'y insérer un composant 12. La longueur LI est déterminée en fonction du composant 12 que l'on veut insérer, et du jeu nécessaire au montage. Dans cet exemple de réalisation, il s'agit d'un circuit planaire composé d'une ligne 13 microruban en entrée d'une puce 17, qui seront représentées en figure 8. Il peut tout aussi bien s'agir d'une puce 17 uniquement, sans ligne microruban intermédiaire. Dans cet exemple de réalisation, la profondeur P de l'ouverture 10 est telle que deux parois latérales du guide 5 d'ondes au niveau de l'ouverture 10 sont complètement usinées. En figure 8 est illustré le report de la ligne 13 microruban et de la puce 17, dans l'ouverture 10 du guide 5 d'ondes. Ce report peut s'effectuer par collage ou soudage.
La figure 8 illustre également le pré positionnement du transformateur d'impédance 2 au-dessus de la fente 11 du guide d'ondes 5. Le transformateur d'impédance 2 est tel que son bord 3 taillé selon le profil 1 est prêt à être inséré en premier dans la fente 11, dans la direction de la flèche indiquée sur la figure. La figure 9 illustre la mise en place du transformateur d'impédance 2 dans la fente 11 35 pratiquée dans le guide d'ondes 5. Comme énoncé précédemment, il existe divers moyens 28 de réglage du positionnement de la plaque du transformateur d'impédance 2 dans la fente 11. Dans cet exemple de réalisation, des plots 7 sont insérés dans les trous 4 de la plaque du transformateur d'impédance 2, afin de positionner le transformateur d'impédance 2 dans la fente 11. Dans cet exemple de réalisation, la ligne 13 microruban se trouve à l'entrée de la puce 17, et les deux éléments sont reliés par une connexion de type bonding 16. De la dorure à l'or peut également être déposée afin d'améliorer les performances électriques. Par ailleurs, l'extrémité 14 du bord 3 du transformateur 2 d'impédance destinée à être mise en contact avec le composant 12 (ici la ligne microruban 13) peut présenter une petite excroissance (de l'ordre de 501um pour une application à 94GHz) de manière à optimiser la surface d'appui sur la ligne 13 microruban tout en améliorant les performances électromagnétiques du transformateur, et donc leur contact électrique. Plusieurs formes d'excroissance peuvent être utilisées.
Le montage de la figure 9 forme donc un circuit dans lequel les ondes sont transmises du 15 guide 5 d'ondes vers le composant 12 ou à partir du composant 12, via le transformateur 2 d'impédance. Sur la figure 10, on a positionné un second transformateur 2 d'impédance dans une seconde fente 1l à la sortie d'une seconde ligne 13 microruban, la dite seconde ligne 13 microruban étant elle-même positionnée à la sortie de la puce 17. La figure 10 illustre également le report 20 du guide 5 d'ondes sur le corps principal d'un boîtier 20. Il est également possible de positionner un capot permettant de protéger le composant 12 d'une part de l'environnement extérieur, et d'autre part des perturbations électromagnétiques. La tenue mécanique du guide 5 d'ondes sur le corps du boîtier 20 est réalisée par exemple grâce à deux colliers 18. Le montage peut également inclure des fixations prévues pour accueillir un radiateur permettant 25 de refroidir le composant 12. Les développements qui précèdent s'appliquent avantageusement à un guide d'ondes disponible dans le commerce, mais tout guide d'ondes, par exemple réalisé en deux pièces (voire plus), est également envisageable dans l'invention. Le dispositif selon l'invention est destiné à toutes les applications de l'électronique utilisant 30 des guides d'ondes pour transporter les signaux électriques, et ce à toutes les fréquences d'utilisation.
Claims (10)
- Revendications1. Ensemble (19) d'adaptation d'impédance comprenant : - un guide (5) d'ondes apte à guider des ondes, à partir de ou vers un composant (12) ; - au moins un transformateur (2) d'impédance pour effectuer la transition des ondes entre le guide d'ondes (5) et le composant (12), ledit ensemble étant caractérisé en ce que - le transformateur (2) comporte une plaque, le guide d'ondes (5) comprenant une fente (11) apte à recevoir la plaque du transformateur (2) de manière amovible.
- 2. Ensemble selon la revendication 1, comprenant une pluralité de transformateurs d'impédance (2), chaque plaque d'un transformateur d'impédance (2) comprenant un bord (3) de transition suivant un profil (1) d'adaptation d'impédance, différent du profil d'une plaque d'un autre transformateur, afin que, pour une fréquence d'utilisation donnée, l'on puisse adapter l'impédance de transition en insérant dans la fente (11) une plaque correspondant à l'impédance désirée.
- 3. Ensemble selon l'une des quelconques revendications précédentes, comprenant des moyens (28) de réglage du positionnement de la plaque du transformateur d'impédance (2) dans la fente (11), comportant des plots (7) solidaires de la plaque du transformateur (2) et coopérant avec une paroi (6) du guide d'onde et/ou une platine de réglage.
- 4. Ensemble selon l'une des quelconques revendications précédentes, comprenant des moyens (27) d'amélioration d'un contact électrique entre le transformateur d'impédance (2) et le guide d'ondes (5), et/ou entre le transformateur d'impédance (2) et le composant (12).
- 5. Ensemble selon l'une des quelconques revendications précédentes, comprenant des moyens (26) de renforcement de la réception de la plaque du transformateur d'impédance (2) dans la 30 fente (11), comportant un point de colle, une soudure, ou une tenue mécanique.
- 6. Circuit électronique, comprenant un composant (12), ledit circuit électronique étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un ensemble d'adaptation d'impédance selon l'une des revendications précédentes, relié au composant (12). 35
- 7. Circuit selon la revendication 6, dans lequel le composant (12) comporte un circuit planaire ou un connecteur de câble coaxial.
- 8. Procédé de réalisation d'un ensemble (19) d'adaptation d'impédance comprenant les étapes consistant à - fournir un guide (5) d'ondes apte à guider des ondes, à partir de ou vers un composant (12) électronique ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - fournir au moins un transformateur (2) d'impédance pour effectuer la transition des ondes entre le guide d'ondes (5) et le composant (12), le transformateur comportant une plaque ; - former un bord (3) de transition sur un bord de la plaque du transformateur suivant un profil (1) d'adaptation d'impédance ; - former une fente (11) dans le guide d'ondes (5), la fente (11) étant apte à recevoir la plaque du transformateur (2) de manière amovible. - positionner un transformateur d'impédance (2) dans la fente (11).
- 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la formation du bord de transition comporte une étape - d'usinage avec une machine à commande numérique du type LPKF (graveur de circuit 20 imprimé), et/ou - une découpe laser, et/ou - une découpe par jets d'eau, et/ou - une découpe par fraiseuse, éventuellement numérique, et/ou - un moulage. 25
- 10. Procédé de réalisation d'un circuit, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: - fournir un ensemble réalisé par un procédé selon l'une des revendications 8 à 9 ; - former une ouverture (10) dans le guide d'onde ; et 30 - positionner un composant (12) dans l'ouverture (10).
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US5262739A (en) * | 1989-05-16 | 1993-11-16 | Cornell Research Foundation, Inc. | Waveguide adaptors |
| US5408188A (en) * | 1992-07-17 | 1995-04-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | High frequency wafer probe including open end waveguide |
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-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5262739A (en) * | 1989-05-16 | 1993-11-16 | Cornell Research Foundation, Inc. | Waveguide adaptors |
| US5408188A (en) * | 1992-07-17 | 1995-04-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | High frequency wafer probe including open end waveguide |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DALMAN G C: "A SIMPLE MM-WAVE TRANSITION FROM WAVEGUIDE TO COPLANAR WAVEGUIDE", MICROWAVE JOURNAL, HORIZON HOUSE PUBLICATIONS, NORWOOD, MA, US, vol. 35, no. 10, 1 October 1992 (1992-10-01), pages 109 - 110,112, XP000315398, ISSN: 0192-6225 * |
Also Published As
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| WO2010079180A1 (fr) | 2010-07-15 |
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