EP0459571A1 - Microstrip slow wave transmission line and circuit including such a line - Google Patents
Microstrip slow wave transmission line and circuit including such a line Download PDFInfo
- Publication number
- EP0459571A1 EP0459571A1 EP91201234A EP91201234A EP0459571A1 EP 0459571 A1 EP0459571 A1 EP 0459571A1 EP 91201234 A EP91201234 A EP 91201234A EP 91201234 A EP91201234 A EP 91201234A EP 0459571 A1 EP0459571 A1 EP 0459571A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- line
- conductive layer
- slow wave
- called
- lines
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 16
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 14
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 14
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 14
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims 19
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 36
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 24
- 230000006870 function Effects 0.000 description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 20
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 18
- YFXPPSKYMBTNAV-UHFFFAOYSA-N bensultap Chemical compound C=1C=CC=CC=1S(=O)(=O)SCC(N(C)C)CSS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 YFXPPSKYMBTNAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 12
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 10
- 241001080024 Telles Species 0.000 description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 4
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000003416 augmentation Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 229940082150 encore Drugs 0.000 description 2
- 235000021183 entrée Nutrition 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- VCGRFBXVSFAGGA-UHFFFAOYSA-N (1,1-dioxo-1,4-thiazinan-4-yl)-[6-[[3-(4-fluorophenyl)-5-methyl-1,2-oxazol-4-yl]methoxy]pyridin-3-yl]methanone Chemical compound CC=1ON=C(C=2C=CC(F)=CC=2)C=1COC(N=C1)=CC=C1C(=O)N1CCS(=O)(=O)CC1 VCGRFBXVSFAGGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000397921 Turbellaria Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002089 crippling effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
- H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
- H01P3/08—Microstrips; Strip lines
- H01P3/081—Microstriplines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/18—Phase-shifters
- H01P1/185—Phase-shifters using a diode or a gas filled discharge tube
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P9/00—Delay lines of the waveguide type
Definitions
- the invention relates to a wave transmission line, in slow wave mode, of the so-called microstrip type, including a first so-called lower conductive layer acting as ground plane, a second so-called upper conductive layer in the form of a ribbon of transverse dimensions and longitudinal specific, and a third non-conductive material disposed between these two conductive layers.
- the invention also relates to couplers formed from such lines.
- the invention also relates to circuits including such a line.
- the invention relates, among these circuits, to a transceiver device including an integrated circuit comprising a frequency duplexer for transmitting a first signal and receiving a second signal on a single pole.
- the invention particularly finds its application in the production of integrable transmission lines, that is to say that can be included in integrated circuits, and more particularly in monolithic and microwave integrated circuits known under the name of MMIC's (of English: Monolithic Microwave Integrated Circuits).
- the invention finds its application in the miniaturization of transmission lines and allows the increase in the integration density of integrated circuits including these lines, and / or the increase in the operating performance of these circuits. .
- the invention finds its application in transmission and reception in the microwave domain by means of a single antenna, the transmitted signals being isolated from the signals transmitted by this single antenna by means of the integrated duplexer.
- a microstrip type transmission line is described in the publication entitled: “Properties of Microstrip Line on Si-So2 System", by HIDEKI HASEGAWA, et alii, in “IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.MTT-19, N ° 11, November 1971, pp. 869-881 ".
- a microstrip type line consists of a stacked structure formed of a metal layer acting as a ground plane, of a semiconductor layer of silicon (Si), of a dielectric layer of silica (SiO2 ) and a metallic ribbon of predetermined transverse dimension.
- the third mode called “slow wave” appears when the operating frequency is low, of the order of 10 to 103 MHz, and when the resistivity of the semiconductor layer is also low, of the order of 10 ⁇ 4 to 102 ⁇ .cm.
- this "slow wave” mode magnetic energy is distributed in the semiconductor layer, while electrical energy is stored in the dielectric layer. The sum of these energies is transmitted perpendicular to the layers, through the thin dielectric layer of silica (SiO2). The phase speed therefore decreases due to the transfer of energy to the semiconductor-dielectric interface (Si / SiO2).
- phase constant is expressed in terms of normalized wavelengths: ⁇ g / ⁇ 0, a ratio which is equal to the speed of propagation in the line divided by the speed of light in a vacuum.
- the upper limit frequency strongly depends on the resistivity of the semiconductor layer and becomes maximum when the resistivity reaches 10 ⁇ 1 ⁇ .cm, this frequency remaining less than GHz.
- phase constant and the characteristic impedance of the line are also very dependent on the transverse dimension of the ribbon, and on the thickness of the semiconductor + dielectric layers separating the ground plane of the ribbon.
- this document teaches that the operation in slow wave mode has high losses which could be reduced by constructing a multilayer structure between the ground plane and the ribbon, this multilayer structure being formed by the alternation of semiconductor layers and of layers. thin dielectrics to reduce skin effect losses. If such a multilayer structure were used to make a microstrip line operating in slow wave mode, then the dimension of the line could be reduced, which would make it possible to reduce the dimensions of integrated circuits with the line operating in the frequency domain of the order of GHz or lower.
- a technical problem which currently arises is the monolithic integration of microwave circuits on semi-insulating substrate. Indeed, if a microwave circuit is not integrated monolithically, it is less efficient due to losses in the links between substrates, it operates at lower frequencies due to the parasitic capacitances which appear, it shows a higher consumption, and it is more expensive because it requires larger surfaces of semi-insulating substrates, and more manufacturing steps.
- the known transmission lines necessary for producing the microwave circuits for example the microstrip lines operating in quasi-TEM mode, today occupy a large surface area on the substrates, making monolithic integration difficult, as soon as the circuit becomes complex.
- MICs Microwave Integrated Circuits
- the object of the present invention is therefore to propose a transmission line in slow wave mode of the MICRORUBAN type, in which the propagation structure is fully compatible with integrated circuits, for example with microwave integrated circuits and in particular with MMICs.
- an object of the invention is to propose a transmission line in slow wave mode of the MICRORUBAN type whose characteristics are independent of the characteristics of the substrate.
- An object of the invention is to provide such a line devoid of ground plane on the rear face of the substrate.
- An object of the invention is to propose such a line whose losses are not higher than those of microstrip lines operating in TEM or quasi-TEM conventional mode.
- An object of the invention is to provide such a line, the dimensions of which are several times smaller than those of lines operating in conventional TEM or quasi-TEM mode, for identical line characteristics.
- An object of the invention is to propose such a line capable of being associated with microwave circuits.
- An object of the invention is to propose such a line, the production method of which is in complete synergy with the production methods of all conventional integrated circuits whatever the semiconductor substrate chosen for this circuit, without increasing the number of steps required. processes, and using only layers or materials used in said processes.
- the problems are solved by means of a circuit as described in the preamble of claim 1, characterized in that the transmission line has, longitudinally, a periodic structure, each period, of length l, being formed of a said bridge followed by a said pillar, in that each bridge consists of a section of the upper conductive tape, of length l1 ⁇ l, disposed on the surface of said first part of the third material, which is of dielectric nature , and that each pillar is a capacity.
- the line according to the invention can then be included in an MMIC circuit with all the advantages already mentioned which result therefrom.
- Another object of the invention is to provide a slow wave transmission line, the principle of which is based on such a periodic structure, the dimensions of which are further reduced and the performance of which is also improved, all by simply changing the design. in the step of drawing the masks of the integrated circuit.
- the first conductive layer serving as ground plane has at least one recess respectively under each bridge.
- This line has the property of having a higher deceleration than the previous line at equal frequency. This property makes it possible to produce, for the same application, even shorter lines, therefore even more easily integrated. When we know the problems linked to the integration of microwave lines, this result constitutes a first-rate industrial advantage, without any great additional technological difficulty.
- Another object of the invention is to provide a coupler of the so-called Lange coupler type which is easily integrated, and in particular which is synergistically produced with current microwave integrated circuits, and whose performance is also improved compared to that we can expect known devices.
- a Lange coupler is known to those skilled in the art by the publication "Integrated Stripline quadrature Hybrids", IEEE, MTT, Dec. 1969, pp.1150-1151.
- This coupler is produced in microstrip technology, that is to say by means of microstrip conductors arranged on a first face of a substrate of given thickness, the second face of which receives the ground plane. Therefore, by this production method, this coupler is not fully compatible with current integrated circuit technologies.
- This known coupler consists of an odd number, that is to say at least 3, of parallel transmission lines, connected 2 to 2 alternately to form an interdigitated structure.
- the middle line is called the line main, and the coupler is completely symmetrical about the middle of the main line. In particular, its inputs and outputs are symmetrical.
- the length L of the main line defines the operating frequency band of this coupler. This length L is of the order of a quarter of the wavelength ⁇ of the transported signal.
- the operation of the Lange coupler is based on the following principle: an electromagnetic field coupling is formed between the parallel lines. This coupling is of the capacitive or inductive type depending on the relationships between the length L of the main line and the wavelength ⁇ of the signals which propagate in the coupler.
- One of the aims of the invention is therefore to provide a Lange coupler whose design is compact and whose dimensions are minimized compared to those of known devices.
- an integrated duplexer or active duplexer, is known from the publication entitled: “Distributed amplifiers as duplexer / low cross talk bidirectional element in S band” by OP LEISTEN, RJCOLLIER AND RNBATES in "Electronics Letters March 3, 1988 , Vol.24, N ° 5, p.264-265 ".
- a transceiver device including an integrated circuit comprising a frequency duplexer for transmitting a first signal and receiving a second signal on a single pole, characterized in that the integrated frequency duplexer is a coupler directional of the aforementioned type, having two said first poles connected by electromagnetic coupling to two said second poles, in that one of said first poles constitutes an input for the first signal from a first amplifier, and the other says first an output for the second signal, which propagates towards the input of a second amplifier, and in that one of the said second poles constitutes an output for the first signal and an input for the second signal and the other said second poles is isolated.
- FIGS. 1 and 2 to 6 This exemplary embodiment is illustrated by FIGS. 1 and 2 to 6.
- Figure la shows a slow wave line seen from the above, of MICRORUBAN structure.
- This line is produced on a substrate 10 which can be of any material whatsoever.
- a substrate 10 which can be of any material whatsoever.
- completely insulating, fully conducting, semi-insulating or semiconducting this unlimited choice of materials for producing the substrate makes it possible to apply the invention to all kinds of circuits, in all conceivable technologies, when the circuit comprises a transmission line.
- Figure 2b shows a longitudinal section along the axis BB 'of the line of Figure 1a. This figure shows that, in example I, to make the contact of the parts 3 of the tape 12 with the dielectric layer 2, the tape 12 is collapsed at the level of the parts 3. On the contrary, in the suspended parts 4, the strip 12 is raised by a height e1 with respect to the upper surface of the dielectric layer 2.
- the hanging parts 4 are the parts in which the propagation takes place.
- the strip 12 is suspended above a dielectric 1, of relative permissiveness ⁇ r1 .
- Figure 2a shows a cross section of the line along the axis AA 'of Figure 1a, at a bridge 4, and Figure 2c shows a cross section of the line along the axis CC' of Figure 1a , at the level of a pillar 13.
- ⁇ 1, ⁇ 2 the propagation constants respectively in the BRIDGE part 4, and in the PILLAR part 13.
- l1, l2 the BRIDGE, PILLAR lengths already defined as l1 + l2 l Z1, Z2 the characteristic impedances respectively in the BRIDGES 4 and PILLARS 13 parts.
- FIG. 3 represents the equivalent diagram of a unit cell of the line, that is to say comprising a half BRIDGE, a PILLAR and a second half BRIDGE.
- B is the susceptance of the discontinuity between BRIDGE 4 on dielectric 1 and PILLAR 13 MIM.
- the line is in complete manufacturing synergy with an integrated circuit MMIC.
- Table I brings together the preferred values of the parameters for implementing the line in this example I.
- FIG. 1a also shows that the dielectric 2 has a length slightly greater than that of the ground plane 11 (which can be connected to ground by studs 21) to allow the realization of an input E by a stud 22a, and of an output O of the slow wave line by a pad 22b.
- Figures 4, 5 and 6 give curves showing the performance of a line, obtained under the conditions where the elements of the line have the values given in table I.
- Figure 4 shows the slow wave factor ⁇ 0 / ⁇ g as a function of frequency F in GHz. From this figure, we deduce that the relative effective permissiveness ⁇ reff is very high at low frequencies, frequencies for example less than 4 GHz, then remains almost constant between 4 and 20 GHz, with a value of the order of 20. This value must be compared with effective relative permissivity values known to a person skilled in the art for conventional MICRORUBANS lines, which are of the order of 6 to 8 when the line is made on alumina (Al2O3) or on a semiconductor.
- FIG. 5 represents the real and imaginary parts, respectively Re (Z c ), and Im (Z c ), of the characteristic impedance Z c of this line.
- the real part of the impedance Z c is extremely small. This line according to Example I will therefore find very interesting applications in the production of a low impedance line for an impedance transformer.
- FIG. 6 shows on the one hand the losses ⁇ in the line, expressed in dB / cm, as a function of the frequency F in GHz, and on the other hand the losses ⁇ ′ in dB relative to the wavelength ⁇ g as a function of said frequency F. These losses per cm are slightly higher than those of a conventional MICRORUBAN line.
- the slow wave line has a total length ⁇ reduced by approximately 2 times compared to a conventional MICRORUBAN line.
- the performance of the slow wave line is not deteriorated compared to a conventional MICRORUBAN line, while on the contrary it has the advantage of being shorter, and therefore more easily integrated.
- FIG. 1b seen from above and by FIG. 7 which is a section along the axis BB 'of FIG. 1b.
- the dielectric layer 2 was continuous from one end to the other of the line.
- the layer 2 is eliminated under the BRIDGES.
- it is essential for producing the MIM structure of the pillars 13.
- it was considered that, in example I, its influence under bridges 4 was negligible.
- FIG. 1b This example is illustrated by FIG. 1b and by FIG. 8.
- the slow wave line does not show any changes in the schematic representation seen from above and can therefore be illustrated by FIG. 1b.
- Figure 8 is a section along the axis B-B 'of Figure 1b in this embodiment.
- the dielectric 2 of the MIM structure of the pillars 13 has the same thickness as the dielectric 1 placed under the bridges 4.
- the layer of dielectric 2 which could remain under the BRIDGES 4 in the example I should be excluded in this example III, as the possibility was shown in example II.
- FIG. 1a This example can be illustrated by FIG. 1a, seen from above and by FIG. 9.
- the slow wave line does not show any change in the schematic representation of FIG. 1a seen from above.
- the ratios between the thicknesses e1 and e2 the ratios between the lengths l1 and l2 will be very different.
- the main characteristic of this line is that the periodicity l shows a growth and in particular a geometric growth.
- the growth factor can be included between 1 (1 being not included since we would then be in the case of the previous examples) and approximately 3.
- Example I As regards the technology proper of such a line of periodicity l not constant, the person skilled in the art can preferably adopt that of Example I which is particularly easy to implement. But nothing prevents the creation of new variants by applying to this example V the teaching drawn from examples II to IV.
- FIG. 1d This example is illustrated by FIG. 1d seen from above and by FIG. 11.
- the conductive layer 11 itself has a periodic structure, of period l.
- a diode 13 ′ polarized by a DC bias voltage V DD has been produced which can have different values.
- the DIODE 13 ′ is more conveniently a field effect transistor with a Schottky gate, whose source S and the drain D short-circuited are brought to the DC bias voltage V DD and whose gate G is brought to ground M.
- the substrate 10 is no longer arbitrary, as in the previous examples, but must include an active area 10a, of a semiconductor material, for example conductivity type N, the rest of the substrate 10b on either side of the active layer 10a being semi-insulating.
- Regions 10a and 10b can be layers of material chosen from semiconductors such as: silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs) for example.
- the Schottky gate transistor 13 ′ is produced for example as follows: A semi-insulating layer 10b and regions 10a called active zones are produced by any means known to those skilled in the art of integrated circuits.
- the active zones 10a are produced with a periodicity l chosen for the slow wave line.
- the active areas 10a must have the dimensions necessary and sufficient to receive a Schottky gate field effect transistor. This technology is known to anyone skilled in the art of integrated circuits.
- the conductive layer 11 is then produced. outside the active regions 10a, the conductive layer 11, the material of which is preferably chosen from metals capable of forming a Schottky grid, has the transverse dimension W1 determined as in the previous examples.
- the metal layer 11 is on the other hand narrowed (see FIG. 1d). Longitudinally, along the axis BB 'of FIG. 1d, it has a dimension known as the gate width of the Schottky transistor and perpendicular to the axis BB', it has a small dimension of the order of ⁇ m known as the gate length of the transistor Schottky. Then ohmic contacts of a material 14 forming source pads S and drain D are disposed on either side of the gate G according to a conventional scheme of field effect transistor with Schottky gate.
- the Schottky gate transistor 13 ′ is illustrated in FIG. 11 in section along the axis CC ′ in FIG. 1d.
- the ribbon 12 is then produced, showing bridges 4 in the regions of the metal layer 12, where the latter has the dimension W1.
- the ribbon 12 is divided into two parts 12a and 12b, the part 12a coming to establish the surface contact of the ohmic contact of source S, and the part 12b coming to establish the contact on the surface of the ohmic drain contact D for example .
- the device is symmetrical with respect to the axis BB 'as well as with respect to the axis CC' of Figure 1d.
- the parts 12a and 12b may consist of air bridges, or else a thin insulating dielectric layer such as the layer 2 described in the preceding examples may be provided at the same time under the bridges 4 and slightly projecting from the metal layer 11 in the Schottky grid regions, while leaving the ohmic contacts stripped on which the ribbon parts 12a and 12b come to rest and establish the electrical contact.
- the sources S and drain D of the transistors 13 ′ are short-circuited and the Schottky gate G is grounded M via the metal layer 11.
- connection line 15 to connect at least one ohmic contact S or D to an adjustable bias voltage V DD .
- the strip 12, its parts 12a and 12b can be produced by any metal suitable for producing the second interconnection levels of the integrated circuits. Consequently, the connection line 15 which connects the ohmic contacts can be produced using the same technology.
- phase ⁇ of the slow wave line is then electronically adjustable by adjusting the bias voltage V DD which varies the gate-source capacitance of the transistor 13 '.
- FIG. 12 schematically seen from above.
- FIG. 12 represents the connection of such a low impedance slow wave line and of reduced surface area, with a high impedance coplanar line.
- coplanar line is meant a line made on the main face of the integrated circuit or MMIC, showing a central conductive tape of small transverse dimension disposed between two conductive tapes of larger transverse dimension.
- the impedance of the coplanar line depends on the transverse dimension of the central conductive tape in which the distance which separates it from the two other tapes generally connected to a reference potential or mass is propagated.
- the phase shift (generally expressed in wavelength, for example ⁇ / 4, ⁇ / 2) depends on the length of the line.
- Coplanar lines can be used for both high impedance lines and low impedance lines. But, if the high impedance coplanar lines have dimensions compatible with integrated circuits, on the other hand, the low-impedance coplanar lines have dimensions, notably transverse, which occupy an enormous surface of the integrated circuit, which is entirely unfavorable for monolithic integration.
- the low impedance slow wave line then makes it possible, by calculating its length and its characteristics appropriately, to form a line having for example the same phase shift as a coplanar line, ( ⁇ / 4, ⁇ / 2).
- the part P1 delimited by broken lines is the low impedance slow wave line according to the invention, and the part P2 is a high impedance coplanar line as known to those skilled in the art.
- a first metallization level will form the ground plane 11 of the slow wave line P1 separating into two ribbons to form the ground lines 11a and 11b of the coplanar line P2.
- the slow wave line P1 will include, produced on the conductive layer 11, a dielectric layer 2, as already described, extending beyond the ground plane 11 of the slow wave line P1 in the regions necessary to avoid short circuits between the ground plane 11 and the line 12 produced subsequently.
- the slow wave line P1 will include the ribbon 12, realizing as already described pillars 13 and BRIDGES 4, ribbon 12 which continues directly on the substrate 10 between the ground lines 11a and 11b to form the coplanar structure of the line P2.
- the dielectric layer 2 it is generally necessary for the dielectric layer 2 to extend beyond the ground plane 11 of the slow wave line P1 on the side of the coplanar line P2 to avoid short circuits between the ground plane 11 and the line 12.
- the dielectric layer 2 is also extended beyond the ground plane 11, and the strip 12 is provided with a output O as shown in Figures 1a, 1b, 1c.
- the low impedance slow wave line had a conductive plane 11, connectable to ground, in contact with the upper main surface of the substrate.
- contact with another ground plane made on the second face of the substrate, or rear face of the substrate can be made as is known to those skilled in the art under the name of "metallized hole”.
- FIG. 13 we show an example of application of the impedance transformer described in example VII, to an integrated circuit.
- the circuit includes a transistor, for example T1 field effect, having a gate G grille for receiving a signal F signal in a band of given frequencies, having a drain D1 connected to a DC bias voltage V D1 through a load R1, having an output O1 for said signal and having a source S1 for example connected to ground M.
- a transistor for example T1 field effect, having a gate G grille for receiving a signal F signal in a band of given frequencies, having a drain D1 connected to a DC bias voltage V D1 through a load R1, having an output O1 for said signal and having a source S1 for example connected to ground M.
- a circuit based on an impedance transformer P1 + P2 can be applied to the gate G1 of the transistor T1.
- a high impedance line P2, for example ⁇ / 4 is connected by one end to the gate G1 and by its other end both to a low impedance line P1 slow waves according to the invention and to a DC bias voltage V G1 .
- the low impedance line P1 is therefore connected at one end to both P2 and V G1 , and its other end is open in this application.
- the slow wave line according to the invention has wide applications in integrated circuits of all kinds as well as in MMICs (microwave) because its operation can be, as we said, indifferent to the substrate, which it presents small dimensions compared to other lines having the same characteristics, and that it is compatible with all the integrated circuit technologies used to date.
- FIGS. 14a, 14b, 14e, 2c This exemplary embodiment is illustrated by FIGS. 14a, 14b, 14e, 2c.
- FIG. 14a shows a slow wave line seen from above, of MICRORUBAN structure, having first characteristics identical to those of the line of example II.
- this line is produced on a substrate 10 which can be of any material whatsoever.
- a substrate 10 which can be of any material whatsoever.
- the structure also comprises, with respect to Example II, an essential element consisting of parts 5 in which the layer 11 of the ground plane, like the dielectric layer 2, are hollowed out under the suspended parts 4, so that the surface of the substrate 10 appears.
- the recess 5 is unique under each suspended part 4, and the longitudinal dimension of the recess 5 is: l3 ⁇ l1
- the value of l3 can approach that of l1 to within a few%, or be equal.
- the hanging parts 4 are the parts in which the propagation takes place. In these parts, the strip 12 is suspended above a single dielectric 1, of relative permissiveness ⁇ r1 .
- Figure 14e shows a cross section of the line along the axis AA 'of Figure 14a, at a bridge 4, and Figure 2c remains valid to show a cross section of the line along the axis CC' of FIG. 14a at the level of a pillar 13.
- the value of the MIM capacities of the parts 13 is linked to l2, to e2 and ⁇ r2 .
- the recesses 5 arranged in the bridge regions 4 play the role of inductors, making it possible to obtain an increase in the characteristic impedance of the line.
- ⁇ 1, ⁇ 2 the propagation constants respectively in the BRIDGE part 4, and in the PILLAR part 13.
- l1, l2 the BRIDGE, PILLAR lengths already defined as l1 + l2 l l3 the length of the recesses under the bridges equivalent to l1, Z1, Z2 the characteristic impedances respectively in the BRIDGES 4 and PILLARS 13 parts.
- phase constant ⁇ is carried out in the same manner as described in Example I. It follows from these calculations that by choosing: l1, l2, l3 ⁇ r1 , ⁇ r2 e'1 and e2 W1 and W2 appropriately, the phase speed of the line is low. Hence the existence of the so-called slow wave mode already described in Example I.
- This 3-layer structure was the result of constant teaching of the state of the art, and this teaching was an obstacle to an evolution making it possible to obtain an improvement compared to the slow wave structure mentioned above.
- an increase in the characteristic line impedance has been achieved, by forming the recesses 5 in the ground plane M under the bridges, recesses 5 which increase the role inductive of the line constituting the bridge.
- the recesses 5 indeed produce the desired favorable effect of additional deceleration, by acting both on the characteristic impedance of the line, on the thickness of dielectric e'1 under the bridges, on the value of the permissiveness ⁇ r1 since the only most favorable dielectric can be found under the bridges, and all this while benefiting from a technology which is easy to implement, the recesses 5 being produced during conventional stages of integrated circuit technology.
- Table II below collates the preferred values of the parameters for implementing the line in this example X.
- FIG. 14a shows that the other characteristics of the line of example X are very comparable to those of the line of examples I and II shown in FIGS. 1a and 1b.
- FIG. 5e is also valid for representing the real and imaginary parts, respectively Re (Z c ) and Im (Z c ) of the characteristic impedance Z c of this line.
- Figure 6 is also valid for showing the losses ⁇ in the line, expressed in dB / cm, as a function of the frequency F in GHz.
- the curve ⁇ ′ in this figure 6 represents the losses in dB per wavelength.
- the slow wave line has a total length ⁇ reduced compared to the line of Example I.
- the reduction in lengths is inversely proportional to the deceleration factor R.
- R was of the order of 2.5, while R was of the order of 4 in the line described in Example I.
- R is of the order of 4.5.
- the performance of the slow wave line according to the invention is not deteriorated, while it is notably shorter.
- the present slow wave line structure produces losses evaluated at around 1dB.
- FIG. 14c seen from above and by FIG. 14d which is a section along the axis BB 'of FIG. 14c.
- a variant to this embodiment XI which proceeds from the same principle, is to provide for the capacities 13, capacities of different values, distributed alternately along the line. There is thus also obtained a period in the line period, and a consequent improvement in the line slowing factor.
- one of the slow wave lines described above is applied to the production of a Lange coupler.
- the coupler known from the publication IEEE, MTT, Dec. 1969, p.1150-1151 cited is constituted by at least 3 parallel lines connected 2 to 2 alternately to form an interdigitated structure.
- the cited publication shows a 3 dB coupler with 5 transmission lines. An electromagnetic field coupling appears between the adjacent parallel lines.
- FIG. 16a shows schematically this coupler.
- FIG. 16b represents the same coupler seen from above, in a simplified manner, produced by means of layers specific to integrated circuits.
- the coupler comprises two so-called input poles N1 and N2, and two so-called output poles N3 and N4.
- the Lange coupler consists of 5 parallel microstrip lines including a so-called main line 110, electrically connected to lines 111 and 114, and two lines 112 and 113 electrically connected together, and forming a structure interdigitated by the fact that line 112 is arranged between lines 110 and 111 and line 113 between lines 110 and 114.
- the coupler is symmetrical: that is to say that if N3 and N4 are inputs, then N1 and N2 are outputs .
- Lines 110 and 111 are electrically connected directly to pole N1 by a simple conductor 101.
- the lines 110 and 114 are electrically connected directly to pole N4 by a single conductor 104.
- Line 112 and line113 are electrically connected to poles N2 and N3 respectively by single conductors 102 and 103.
- poles N2 and N3 are electrically connected, by this assembly, crosswise with respect to the poles N1 and N4, as shown in Figure 16a and in Figure 16b.
- the adjacent lines 110 and 112, the 110 and 113 are respectively parallel over a length L, while, in the interdigitated structure 110, 111, 112, the line 111 is parallel to the line 112 over a length equal to L / 2. It is the same in the interdigitated structure 110, 114, 113, where the line 114 is parallel to the line 113 over a length also L / 2.
- the length L can be of the order of a quarter of the wavelength ⁇ of the signal transported according to the prior art.
- Lines 111, 112, 110, 113, 114 of the Lange coupler can be produced using slow wave lines according to the invention.
- the connections 115, 116, 117 and 118 are formed by means of a conductive layer arranged at a level different from the layers 11 and 12, with openings on the layer 12 at the appropriate places to form the electrical connection with layer 12 according to a technique known as VIA well known to those skilled in the art, and with portions of insulating layers in the parts where on the contrary the electrical connection is not desired with layers 11 or 12.
- the other simple connections can be formed by means of parts of the conductive layer 12.
- FIG. 16c represents an enlarged part of the coupler of FIG. 16b, in which it appears that the lines used by way of nonlimiting example to produce the coupler of example XII, are those described in example X.
- FIG. 16d represents an enlarged part of the coupler of FIG. 16b, in which it appears that the recesses 5 of the parallel lines, for example 112, 110, 113, 114 can be grouped together, to form a single recess 5, the bridges 4 being respectively opposite for all the lines, and the pillars 13 also.
- This device has a technological advantage over the previous one, due to its simplicity of construction; in fact the mask relating to the recesses 5 is less critical to position.
- This coupler then accepts the same operating principle as the known coupler. By making the lines necessary for the formation of such a Lange coupler, by means of the slow wave lines according to the invention, we also obtain the advantages that this device is very efficient and much more compact, compatible with circuit projects. integrated with high density, and of a low cost for the applications general public, in the field of television or the automobile for example.
- FIG. 17 shows on the curve M, the adaptation of the coupler in dB as a function of the frequency F, and on the curve K the coupling in dB, as a function of the frequency F.
- a device conventional transceiver includes an input Q1 for a first signal V1, at the frequency F1, propagating through an amplifier ⁇ 1 then through a duplexer 50, to an antenna A, then to the outside environment .
- This signal is applied to the N1 pole of the duplexer 50 and exits to the N3 pole of this duplexer 50.
- This device further comprises an output Q2 for a second signal V2 at the frequency F2.
- This signal is first picked up by the same antenna A then it propagates through the duplexer 50, in which it enters the pole N3 and through an amplifier ⁇ 2 towards the output Q2.
- this coupler there are circulated in this coupler two signals V1 and V2 at two different frequencies F1 and F2.
- the Lange coupler is broadband, greater than 1 octave, the difference between the frequencies F1 and F2 is not a drawback if it is less than this passband, for example less than 1 octave.
- the length L of the main line will be chosen as a function of the wavelength ⁇ of the weakest signal, generally V2.
- the increase in the number of fingers makes it possible to increase the coupling factor and to decrease the losses in the coupler.
- the losses are 3 dB; with 6 fingers (or 7 lines), the losses are 2 dB, etc ...
- the first signal V1 at the frequency F1 is applied to the pole N1 of the Lange coupler as shown in FIG. 16b, and exits through the pole N3, to be emitted then by an antenna A to the outside environment.
- the second signal V2, at the frequency F2, picked up by the antenna is applied to the Lange coupler on the same pole N3 (so as to solve the problem of using a single antenna), and leaves the coupler by the pole N2.
- the fourth pole N4 of the Lange coupler is connected to ground through an impedance Z C.
- the conductor 101 (or pole N1) is an input
- the conductor 102 (or pole N2) is an output
- the conductor 104 (or pole N4) is isolated
- the conductor 103 (or pole N3) is both an input and an output.
- the conductor 103 is for example only an input and the conductors 101 and 102 are then only phase-shifted outputs, the conductor 104 being insulated.
- the coupler is connected as shown in FIG. 19 on the one hand to the antenna A and on the other hand to the amplifiers ⁇ 1 and ⁇ 2.
- the signal V1 at the frequency F1 to be transmitted is processed by an amplifier ⁇ 1 with high gain and high insulation, and the signal V2 of frequency F2 received is processed by a low noise ⁇ 2 amplifier.
- the operation of the transceiver device is as follows: The signal V1 to be transmitted at the frequency F1 first enters the node Q1 of the transmitter-receiver device, then is processed by the amplifier ⁇ 1.
- the signal V1 to be transmitted at the frequency F1 also passes directly by conduction into the characteristic impedance Z c connected to the output pole N4;
- the signal to be transmitted V1 at the frequency F1 then propagates from the pole N3 of the coupler to the outside environment by means of the antenna A.
- the latter receives the second signal V2 at another frequency F2, of amplitude generally much lower than the first signal V1 of frequency F1.
- This second signal V2 passes by conduction, directly from the input-output pole N3 to the output pole N2. Then the second signal V2 is processed as already said by the low noise amplifier ⁇ 2 and leaves the device at the node Q2.
- duplexer 50 a coupler with branches, as described for example in the publication "Millimeter wave engineering and applications" by P. BHARTIA and IJ BAHL at John Wiley and Sons, New-York (A Wiley-Interscience Publication) p.355, or even in the publication de Microwave Journal, July 1988 p.119 and pp.122-123, entitled “Microstrip Power Dividers at mm-wave frequencies” by Mazen Hamadallah (p.115).
- a branch coupler comprises two sections of line 201 and 202 of length L and of impedance Z c ⁇ 2, connected at each of their ends by two sections of line 203 and 204 of impedance Z c and of length L.
- each of impedance Z c In series with the first line sections 201 and 202, there are line sections to form the poles N1 and N2 on the one hand, and N3 and N4 on the other hand, each of impedance Z c .
- L ⁇ / 4 where ⁇ would be the wavelength of the only input signal applied to a pole, for example N3.
- the N4 pole would be isolated.
- a direct signal would be collected on the N1 pole and a coupled signal on the N2 pole.
- a type of slow wave lines is chosen chosen from those described above, and on the other hand, as shown in FIG. 19, two input signals, one V1, are applied as before. on pole N1, the other V2 on pole N3 (via the single antenna A).
- the pole N4 is the isolated pole, the pole N2 is the output pole for the signal V2 and the pole N3 is the output pole for the signal V1.
- amplifiers ⁇ 1 and ⁇ 2 are added to the coupler to optimize the results.
- Example XIII The technology used is the same as in Example XIII, and the results are identical except that which concerns the bandwidth which is less wide.
- the branch coupler can be provided with several branches parallel to the branches 201 and 202.
- the surface occupied by the device according to Example XIV is also slightly greater than that occupied by the device according to Example XIII, but this device is nevertheless perfectly integrable.
- a generator 58 of signal V1 to the frequency F1 said local oscillator OL whose signal is applied to the amplifier ⁇ 1 possibly formed by two medium power amplifiers ⁇ '1, ⁇ ''1, then the signal is applied to the pole N1 of the coupler 50.
- the pole N3 is applied to the antenna A
- the pole N4 is connected to the ground via the impedance Z c , for example 50 ⁇
- the pole N2 is connected to the input of the amplifier ⁇ 2 possibly formed by two low noise amplifiers ⁇ '2, ⁇ ''2.
- the circuit according to the invention is both integratable and perfectly capable of working at such high frequencies. It therefore fully meets these conditions, however severe they may be.
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Programmable Controllers (AREA)
Abstract
Description
L'invention concerne une ligne de transmission d'ondes, en mode ondes lentes, du type dit microruban, incluant une première couche conductrice dite inférieure faisant office de plan de masse, une seconde couche conductrice dite supérieure en forme de ruban de dimensions transversale et longitudinale spécifiques, et un troisième matériau non conducteur disposé entre ces deux couches conductrices.The invention relates to a wave transmission line, in slow wave mode, of the so-called microstrip type, including a first so-called lower conductive layer acting as ground plane, a second so-called upper conductive layer in the form of a ribbon of transverse dimensions and longitudinal specific, and a third non-conductive material disposed between these two conductive layers.
L'invention concerne également des coupleurs formés de telles lignes.The invention also relates to couplers formed from such lines.
L'invention concerne également les circuits incluant une telle ligne.The invention also relates to circuits including such a line.
L'invention concerne, parmi ces circuits, un dispositif émetteur-récepteur incluant un circuit intégré comprenant un duplexeur de fréquences pour émettre un premier signal et recevoir un second signal sur un pôle unique.The invention relates, among these circuits, to a transceiver device including an integrated circuit comprising a frequency duplexer for transmitting a first signal and receiving a second signal on a single pole.
L'invention trouve tout particulièrement son application dans la réalisation de lignes de transmission intégrables, c'est-à-dire pouvant être incluses dans des circuits intégrés, et plus spécialement dans les circuits intégrés monolithiques et hyperfréquences connus sous la dénomination de MMIC's (de l'anglais : Monolithic Microwave Integrated Circuits).The invention particularly finds its application in the production of integrable transmission lines, that is to say that can be included in integrated circuits, and more particularly in monolithic and microwave integrated circuits known under the name of MMIC's (of English: Monolithic Microwave Integrated Circuits).
D'une façon générale, l'invention trouve son application dans la miniaturisation de lignes de transmission et permet l'augmentation de la densité d'intégration des circuits intégrés incluant ces lignes, et/ou l'augmentation des performances de fonctionnement de ces circuits.In general, the invention finds its application in the miniaturization of transmission lines and allows the increase in the integration density of integrated circuits including these lines, and / or the increase in the operating performance of these circuits. .
Dans le cas où on utilise le circuit intégré comprenant le duplexeur de fréquences l'invention trouve son application dans l'émission et la réception dans le domaine hyperfréquences au moyen d'une seule antenne, les signaux émis étant isolés des signaux transmis par cette antenne unique au moyen du duplexeur intégré.In the case where the integrated circuit comprising the frequency duplexer is used, the invention finds its application in transmission and reception in the microwave domain by means of a single antenna, the transmitted signals being isolated from the signals transmitted by this single antenna by means of the integrated duplexer.
Une ligne de transmission de type microruban est décrite dans la publication intitulée : "Properties of Microstrip Line on Si-So₂ System", par HIDEKI HASEGAWA, et alii, dans "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.MTT-19, N°11, November 1971, pp.869-881".A microstrip type transmission line is described in the publication entitled: "Properties of Microstrip Line on Si-So₂ System", by HIDEKI HASEGAWA, et alii, in "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.MTT-19,
Selon le document cité, une ligne de type microruban est constituée d'une structure empilée formée d'une couche métallique faisant office de plan de masse, d'une couche semiconductrice en silicium (Si), d'une couche diélectrique en silice (SiO₂) et d'un ruban métallique de dimension transversale prédéterminée.According to the cited document, a microstrip type line consists of a stacked structure formed of a metal layer acting as a ground plane, of a semiconductor layer of silicon (Si), of a dielectric layer of silica (SiO₂ ) and a metallic ribbon of predetermined transverse dimension.
Ce document enseigne qu'une telle ligne admet la propagation de trois modes fondamentaux. Le premier est un mode quasi-TEM, le second est un mode dit à "effet de peau", et le troisième est un mode dit à "ondes lentes".This document teaches that such a line admits the propagation of three fundamental modes. The first is a quasi-TEM mode, the second is a so-called "skin effect" mode, and the third is a so-called "slow wave" mode.
Plus la résistivité de la couche semiconductrice est grande, plus le mode de propagation se rapproche d'un mode TEM classique.The higher the resistivity of the semiconductor layer, the closer the propagation mode is to a conventional TEM mode.
Le troisième mode dit à "ondes lentes" apparaît lorsque la fréquence de fonctionnement est faible, de l'ordre de 10 à 10³ MHz, et lorsque la résistivité de la couche semiconductrice est également faible, de l'ordre de 10⁻⁴ à 10² Ω.cm. Dans ce mode "ondes lentes" l'énergie magnétique est distribuée dans la couche semiconductrice, alors que l'énergie électrique est stockée dans la couche diélectrique. La somme de ces énergies est transmise perpendiculairement aux couches, à travers la couche diélectrique de silice (SiO₂) de faible épaisseur. La vitesse de phase diminue donc du fait du transfert d'énergie à l'interface semiconducteur-diélectrique (Si/SiO₂).The third mode called "slow wave" appears when the operating frequency is low, of the order of 10 to 10³ MHz, and when the resistivity of the semiconductor layer is also low, of the order of 10⁻⁴ to 10² Ω.cm. In this "slow wave" mode, magnetic energy is distributed in the semiconductor layer, while electrical energy is stored in the dielectric layer. The sum of these energies is transmitted perpendicular to the layers, through the thin dielectric layer of silica (SiO₂). The phase speed therefore decreases due to the transfer of energy to the semiconductor-dielectric interface (Si / SiO₂).
La constante de phase est exprimée en termes de longueurs d'onde normalisées : λg/λ₀, rapport qui est égal à la vitesse de propagation dans la ligne divisée par la vitesse de la lumière dans le vide. La fréquence limite supérieure dépend fortement de la résistivité de la couche semiconductrice et devient maximale lorsque la résistivité atteint 10⁻¹ Ω.cm, cette fréquence restant inférieure au GHz.The phase constant is expressed in terms of normalized wavelengths: λg / λ₀, a ratio which is equal to the speed of propagation in the line divided by the speed of light in a vacuum. The upper limit frequency strongly depends on the resistivity of the semiconductor layer and becomes maximum when the resistivity reaches 10⁻¹ Ω.cm, this frequency remaining less than GHz.
D'autre part, la constante de phase et l'impédance caractéristique de la ligne sont également très dépendantes de la dimension transversale du ruban, et de l'épaisseur des couches semiconductrice + diélectrique séparant le plan de masse du ruban.On the other hand, the phase constant and the characteristic impedance of the line are also very dependent on the transverse dimension of the ribbon, and on the thickness of the semiconductor + dielectric layers separating the ground plane of the ribbon.
En conclusion, ce document enseigne que le fonctionnement en mode ondes lentes présente des pertes élevées qui pourraient être diminuées en construisant une structure multicouches entre le plan de masse et le ruban, cette structure multicouches étant formée par l'alternance de couches semiconductrices et de couches diélectriques de faibles épaisseurs, afin de réduire les pertes par effet de peau. Si une telle structure multicouches était utilisée pour réaliser une ligne microruban fonctionnant en mode ondes lentes, alors la dimension de la ligne pourrait être réduite, ce qui permettrait de réduire les dimensions des circuits intégrés avec la ligne fonctionnant dans le domaine des fréquences de l'ordre du GHz ou inférieures.In conclusion, this document teaches that the operation in slow wave mode has high losses which could be reduced by constructing a multilayer structure between the ground plane and the ribbon, this multilayer structure being formed by the alternation of semiconductor layers and of layers. thin dielectrics to reduce skin effect losses. If such a multilayer structure were used to make a microstrip line operating in slow wave mode, then the dimension of the line could be reduced, which would make it possible to reduce the dimensions of integrated circuits with the line operating in the frequency domain of the order of GHz or lower.
Un problème technique qui se pose actuellement est l'intégration monolithique des circuits hyperfréquences sur substrat semi-isolant. En effet, si un circuit hyperfréquence n'est pas intégré monolithiquement, il est moins performant du fait des pertes dans les liaisons entre substrats, il fonctionne à des fréquences moins élevées du fait des capacités parasites qui apparaissent, il montre une plus forte consommation, et il est plus coûteux du fait qu'il requiert des surfaces plus grandes de substrats semi-isolants, et des étapes de fabrication plus nombreuses.A technical problem which currently arises is the monolithic integration of microwave circuits on semi-insulating substrate. Indeed, if a microwave circuit is not integrated monolithically, it is less efficient due to losses in the links between substrates, it operates at lower frequencies due to the parasitic capacitances which appear, it shows a higher consumption, and it is more expensive because it requires larger surfaces of semi-insulating substrates, and more manufacturing steps.
Or les lignes de transmission connues nécessaires à la réalisation des circuits hyperfréquences, par exemple les lignes microrubans fonctionnant en mode quasi TEM, occupent à ce jour une surface importante sur les substrats, rendant l'intégration monolithique difficile, dès que le circuit devient complexe.However, the known transmission lines necessary for producing the microwave circuits, for example the microstrip lines operating in quasi-TEM mode, today occupy a large surface area on the substrates, making monolithic integration difficult, as soon as the circuit becomes complex.
Le problème technique de l'intégration monolithique des circuits MICs (de l'anglais Microwave Integrated Circuits) ne peut être résolu que si l'on résout préalablement le problème de la miniaturisation des lignes de transmission, tout en tenant compte du fait que leur réalisation doit rester en synergie de fabrication avec les autres éléments du circuit, par exemple les transistors et les lignes d'interconnexion et en tenant compte du fait que les pertes dans les lignes ne doivent pas augmentées et que la fréquence de fonctionnement doit être celle des circuits hyperfréquences.The technical problem of monolithic integration of Microwave Integrated Circuits (MICs) can only be solved if the problem of miniaturization of transmission lines is solved beforehand, while taking into account that their realization must remain in synergy of manufacture with the other elements of the circuit, for example the transistors and the interconnection lines and taking into account that the losses in the lines must not increase and that the operating frequency must be that of the circuits microwave.
Or, le dispositif connu de l'état de la technique ne répond pas à ces exigences. En effet : ou bien il fonctionne en mode quasi TEM et dans ce cas les dimensions des lignes sont trop importantes, ou bien il fonctionne en mode ondes lentes avec l'avantage d'un déphasage important et de plus faibles dimensions, mais dans ce cas il présente entre autres les inconvénients suivants :
- le domaine de fréquences exploré est trop bas et non compatible avec les MMICs ;
- le substrat présente une résistivité trop faible qui n'est pas compatible avec la réalisation des autres éléments des circuits MMICs, ou qui au moins limite leurs performances ;
- la génération d'ondes lentes est très dépendante de la résistivité du substrat, ce qui entraîne que le dopage du substrat doit être très bien optimisé. Cette optimisation rend le procédé de réalisation d'un circuit incluant une telle ligne coûteux, avec néanmoins des risques de dispersion dans les performances ;
- le dispositif formé par la ligne nécessite un plan de masse à l'arrière du substrat, ce qui résulte en difficultés technologiques pour réaliser des interconnexions ;
- les pertes dans le fonctionnement en mode ondes lentes avec une seule couche semiconductrice sont très élevées ;
- si l'on veut diminuer les pertes, pour profiter de l'avantage présenté par les lignes ondes lentes relatif à la diminution de leur dimension, alors la technologie de fabrication du substrat incluant des couches alternées semiconductrices-diélectriques rend le dispositif encore plus difficile à réaliser, plus coûteux et moins compatible avec l'intégration monolithique.
- the frequency range explored is too low and not compatible with MMICs;
- the substrate has too low a resistivity which is not compatible with the production of the other elements of the MMICs circuits, or which at least limits their performance;
- the generation of slow waves is very dependent on the resistivity of the substrate, which means that the doping of the substrate must be very well optimized. This optimization makes the process for producing a circuit including such a line expensive, with nevertheless risks of dispersion in performance;
- the device formed by the line requires a ground plane at the rear of the substrate, which results in technological difficulties in making interconnections;
- losses in slow wave operation with a single semiconductor layer are very high;
- if we want to reduce losses, to take advantage of the advantage presented by slow wave lines relating to the reduction in their size, then the technology for manufacturing the substrate including alternating semiconductor-dielectric layers makes the device even more difficult to more expensive and less compatible with monolithic integration.
Il résulte donc de l'enseignement de l'article cité que les lignes fonctionnant en mode ondes lentes sont attractives pour la réalisation de circuit monolithiques intégrés du fait que leurs dimensions pourraient être minimisées par rapport à ces lignes fonctionnant en mode TEM ou quasi-TEM classique, mais que d'autre part, leur domaine de fonctionnement, leurs performances, et leur technologie de réalisation sont incompatibles avec ceux requis pour les circuits MMICs.It therefore follows from the teaching of the cited article that the lines operating in slow wave mode are attractive for the realization of integrated monolithic circuits because their dimensions could be minimized compared to these lines operating in TEM or quasi-TEM mode. conventional, but that on the other hand, their field of operation, their performance, and their production technology are incompatible with those required for MMIC circuits.
L'objet de la présente invention est donc de proposer une ligne de transmission en mode ondes lentes du type MICRORUBAN, dans laquelle la structure de propagation est pleinement compatible avec les circuits intégrés, par exemple avec les circuits intégrés hyperfréquences et notamment avec les MMICs.The object of the present invention is therefore to propose a transmission line in slow wave mode of the MICRORUBAN type, in which the propagation structure is fully compatible with integrated circuits, for example with microwave integrated circuits and in particular with MMICs.
A cet effet, un objet de l'invention est de proposer une ligne de transmission en mode ondes lentes du type MICRORUBAN dont les caractéristiques sont indépendantes des caractéristiques du substrat.To this end, an object of the invention is to propose a transmission line in slow wave mode of the MICRORUBAN type whose characteristics are independent of the characteristics of the substrate.
Un objet de l'invention est de proposer une telle ligne dénuée de plan de masse sur la face arrière du substrat.An object of the invention is to provide such a line devoid of ground plane on the rear face of the substrate.
Un objet de l'invention est de proposer une telle ligne dont les pertes ne sont pas plus élevées que celles des lignes microrubans fonctionnant en mode TEM ou quasi-TEM classique.An object of the invention is to propose such a line whose losses are not higher than those of microstrip lines operating in TEM or quasi-TEM conventional mode.
Un objet de l'invention est de proposer une telle ligne dont les dimensions sont plusieurs fois inférieures à celles des lignes fonctionnant en mode TEM ou quasi-TEM classique, pour des caractéristiques de ligne identiques.An object of the invention is to provide such a line, the dimensions of which are several times smaller than those of lines operating in conventional TEM or quasi-TEM mode, for identical line characteristics.
Un objet de l'invention est de proposer une telle ligne capable d'être associée aux circuits hyperfréquences.An object of the invention is to propose such a line capable of being associated with microwave circuits.
Un objet de l'invention est de proposer une telle ligne dont le procédé de réalisation est en complète synergie avec les procédés de réalisation de tous circuits intégrés classiques quel que soit le substrat semiconducteur choisi pour ce circuit, sans augmentation du nombre d'étapes nécessaires aux procédés, et n'utilisant que des couches ou matériaux mis en oeuvre dans lesdits procédés.An object of the invention is to propose such a line, the production method of which is in complete synergy with the production methods of all conventional integrated circuits whatever the semiconductor substrate chosen for this circuit, without increasing the number of steps required. processes, and using only layers or materials used in said processes.
Selon l'invention, les problèmes sont résolus au moyen d'un circuit tel que décrit dans le préambule de la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne de transmission a, longitudinalement, une structure périodique, chaque période, de longueur ℓ, étant formée d'undit pont suivi d'undit pilier, en ce que chaque pont est constitué d'un tronçon du ruban conducteur supérieur, de longueur ℓ₁ < ℓ, disposé en surface d'unedite première partie du troisième matériau, laquelle est de nature diélectrique, et en ce que chaque pilier est une capacitè.According to the invention, the problems are solved by means of a circuit as described in the preamble of
La ligne selon l'invention peut alors être incluse dans un circuit MMIC avec tous les avantages déjà cités qui en résultent.The line according to the invention can then be included in an MMIC circuit with all the advantages already mentioned which result therefrom.
Un autre but de l'invention est de fournir une ligne de transmission à ondes lentes, dont le principe est fondé sur une telle structure périodique, dont les dimensions sont encore diminuées et dont les performances sont aussi améliorées, le tout en changeant simplement le dessin dans l'étape de dessin des masques du circuit intégré.Another object of the invention is to provide a slow wave transmission line, the principle of which is based on such a periodic structure, the dimensions of which are further reduced and the performance of which is also improved, all by simply changing the design. in the step of drawing the masks of the integrated circuit.
Ce but est atteint au moyen de la ligne susmentionnée, en outre caractérisé en ce que la première couche conductrice servant de plan de masse présente au moins un évidement respectivement sous chaque pont.This object is achieved by means of the aforementioned line, further characterized in that the first conductive layer serving as ground plane has at least one recess respectively under each bridge.
Cette ligne possède la propriété de présenter un ralentissement plus élevé que la ligne précédente à fréquence égale. Cette propriété permet de réaliser, pour une même application, des lignes encore plus courtes, donc encore plus facilement intégrables. Quand on connaît les problèmes liés à l'intégration des lignes hyperfréquences, ce résultat constitue un avantage industriel de premier ordre, sans grande difficulté technologique supplémentaire.This line has the property of having a higher deceleration than the previous line at equal frequency. This property makes it possible to produce, for the same application, even shorter lines, therefore even more easily integrated. When we know the problems linked to the integration of microwave lines, this result constitutes a first-rate industrial advantage, without any great additional technological difficulty.
D'autre part, la ligne de transmission obtenue étant plus courte, les pertes sont diminuées par rapport à celles qui se produisent dans la ligne connue.On the other hand, the transmission line obtained being shorter, the losses are reduced compared to those which occur in the known line.
Un autre but de l'invention est de fournir un coupleur du type dit coupleur de Lange qui soit facilement intégrable, et notamment qui soit en synergie de fabrication avec les circuits intégrés hyperfréquences actuels, et dont les performances soient également améliorées par rapport à celles que l'on peut attendre des dispositifs connus.Another object of the invention is to provide a coupler of the so-called Lange coupler type which is easily integrated, and in particular which is synergistically produced with current microwave integrated circuits, and whose performance is also improved compared to that we can expect known devices.
Un coupleur de Lange est connu de l'homme du métier par la publication "Integrated Stripline quadrature Hybrids", IEEE, MTT, Déc.1969, pp.1150-1151.A Lange coupler is known to those skilled in the art by the publication "Integrated Stripline quadrature Hybrids", IEEE, MTT, Dec. 1969, pp.1150-1151.
Ce coupleur est réalisé en technologie microrubans, c'est-à-dire au moyen de conducteurs microrubans disposés sur une première face d'un substrat d'épaisseur donnée, dont la seconde face reçoit le plan de masse. Donc, de par ce procédé de réalisation, ce coupleur n'est pas pleinement compatible avec les technologies de circuits intégrés actuels.This coupler is produced in microstrip technology, that is to say by means of microstrip conductors arranged on a first face of a substrate of given thickness, the second face of which receives the ground plane. Therefore, by this production method, this coupler is not fully compatible with current integrated circuit technologies.
Ce coupleur connu est constitué par un nombre impair, c'est-à-dire au moins 3, de lignes de transmission parallèles, reliées 2 à 2 en alternance pour former une structure interdigitée. La ligne médiane est dite ligne principale, et le coupleur est complètement symétrique par rapport au milieu de la ligne principale. Notamment ses entrées et sorties sont symétriques.This known coupler consists of an odd number, that is to say at least 3, of parallel transmission lines, connected 2 to 2 alternately to form an interdigitated structure. The middle line is called the line main, and the coupler is completely symmetrical about the middle of the main line. In particular, its inputs and outputs are symmetrical.
La longueur L de la ligne principale définit la bande de fréquences de fonctionnement de ce coupleur. Cette longueur L est de l'ordre du quart de la longueur d'onde λ du signal transporté.The length L of the main line defines the operating frequency band of this coupler. This length L is of the order of a quarter of the wavelength λ of the transported signal.
Le fonctionnement du coupleur de Lange est fondé sur le principe suivant : il se forme un couplage par champ électromagnétique entre les lignes parallèles. Ce couplage est du type capacitif ou inductif selon les rapports entre la longueur L de la ligne principale et la longueur d'onde λ des signaux qui se propagent dans le coupleur.The operation of the Lange coupler is based on the following principle: an electromagnetic field coupling is formed between the parallel lines. This coupling is of the capacitive or inductive type depending on the relationships between the length L of the main line and the wavelength λ of the signals which propagate in the coupler.
Si
si
si
if
if
D'autre part, il existe un déphasage Δφ entre les signaux portés par les deux sorties. Ce déphasage Δφ est équivalent à 90° dans une bande de fréquences centrée sur celle où
Du fait que la longueur d'onde de fonctionnement est liée aux dimensions du coupleur, il semblait a priori impossible de modifier ces dimensions, pour une longueur d'onde donnée, et dans une technologie choisie.Because the operating wavelength is linked to the dimensions of the coupler, it seemed a priori impossible to modify these dimensions, for a given wavelength, and in a chosen technology.
Or, comme on l'a vu précédemment, le concepteur de circuits intégrés pose le problème de la réduction toujours plus poussée des dimensions des composants, dans le but d'atteindre une plus grande densité d'intégration.However, as we have seen previously, the designer of integrated circuits poses the problem of the ever-deeper reduction of the dimensions of the components, in order to achieve a greater integration density.
Un des buts de l'invention est donc de fournir un coupleur de Lange dont le dessin est compact et dont les dimensions sont minimisées par rapport à celles des dispositifs connus.One of the aims of the invention is therefore to provide a Lange coupler whose design is compact and whose dimensions are minimized compared to those of known devices.
Ces buts sont atteints lorsqu'un coupleur de Lange est réalisé au moyen de lignes de transmission du type ondes lentes précité.These aims are achieved when a Lange coupler is produced by means of transmission lines of the aforementioned slow wave type.
En outre, un duplexeur intégré, ou duplexeur actif, est connu de la publication intitulée : "Distributed amplifiers as duplexer/low cross talk bidirectional element in S band" par O.P. LEISTEN, R.J.COLLIER ET R.N.BATES dans "Electronics Letters March 3, 1988, Vol.24, N°5, p.264-265".In addition, an integrated duplexer, or active duplexer, is known from the publication entitled: "Distributed amplifiers as duplexer / low cross talk bidirectional element in S band" by OP LEISTEN, RJCOLLIER AND RNBATES in "Electronics Letters March 3, 1988 , Vol.24, N ° 5, p.264-265 ".
Il faut d'abord rappeler que le problème technique qui se pose à l'homme du métier qui désire n'utiliser qu'une seule antenne pour l'émission et pour la réception de deux signaux à des fréquences différentes, avec des amplitudes différentes, est la réalisation d'un séparateur de signaux, encore appelé duplexeur, qui permet d'éviter la diaphonie, c'est-à-dire l'intermodulation des signaux émis et reçus.It must first be recalled that the technical problem which arises for a person skilled in the art who wishes to use only one antenna for the transmission and for the reception of two signals at different frequencies, with different amplitudes, is the realization of a signal splitter, also called duplexer, which makes it possible to avoid crosstalk, that is to say the intermodulation of the signals transmitted and received.
Un autre problème technique qui se pose à l'homme du métier est la réalisation d'un tel duplexeur sous la forme intégrée. La résolution de ces problèmes permet de diminuer les coûts de fabrication, ce qui est un avantage important notamment dans les domaines des produits grand-public, comme le domaine de la télévision ou de l'électronique automobile par exemple.Another technical problem which arises to those skilled in the art is the production of such a duplexer in integrated form. The resolution of these problems makes it possible to reduce manufacturing costs, which is an important advantage in particular in the fields of consumer products, such as the field of television or automotive electronics for example.
Il est connu du document cité précédemment que le problème de la séparation des signaux émis et reçus peut être résolu par un duplexeur actif constitué par un amplificateur distribué intégrable travaillant en hyperfréquences.It is known from the document cited above that the problem of the separation of the transmitted and received signals can be solved by an active duplexer constituted by an integrable distributed amplifier working at microwave frequencies.
L'amplificateur distribué décrit dans la publication citée présente cependant quelques inconvénients :
- il est certes intégrable mais il occupe une surface importante ; bien que cette surface puisse être diminuée lorsque le circuit est conçu pour travailler dans le domaine des hyperfréquences (60 GHz), elle est cependant considérée par le concepteur de circuit intégré comme trop importante dans tous les cas ;
- ce circuit est complexe à réaliser ;
- la diaphonie due à ce circuit est encore trop importante ; notamment elle est beaucoup plus importante que celle de circulateurs hybrides non intégrables ; en effet l'intermodulation est due, dans le circuit décrit dans le document cité, à la non linéarité des éléments actifs ;
- ce circuit est bruyant.
- it is certainly integrable but it occupies an important surface; although this surface can be reduced when the circuit is designed to work in the microwave domain (60 GHz), it is nevertheless considered by the integrated circuit designer to be too large in all cases;
- this circuit is complex to perform;
- the crosstalk due to this circuit is still too great; in particular it is much more important than that of non-integrable hybrid circulators; indeed intermodulation is due, in the circuit described in the cited document, to the non-linearity of the active elements;
- this circuit is noisy.
Ces problèmes sont résolus selon l'invention par un dispositif émetteur-récepteur incluant un circuit intégré comprenant un duplexeur de fréquences pour émettre un premier signal et recevoir un second signal sur un pôle unique, caractérisé en ce que le duplexeur de fréquences intégré est un coupleur directionnel du type précité, ayant deux dits premiers pôles reliés par couplage électromagnétique à deux dits seconds pôles, en ce que l'un des dits premiers pôles constitue une entrée pour le premier signal provenant d'un premier amplificateur, et l'autre dit premier pôle une sortie pour le second signal, lequel se propage vers l'entrée d'un second amplificateur, et en ce que l'un des dits seconds pôles constitue une sortie pour le premier signal et une entrée pour le second signal et l'autre des dits seconds pôles est isolé.These problems are solved according to the invention by a transceiver device including an integrated circuit comprising a frequency duplexer for transmitting a first signal and receiving a second signal on a single pole, characterized in that the integrated frequency duplexer is a coupler directional of the aforementioned type, having two said first poles connected by electromagnetic coupling to two said second poles, in that one of said first poles constitutes an input for the first signal from a first amplifier, and the other says first an output for the second signal, which propagates towards the input of a second amplifier, and in that one of the said second poles constitutes an output for the first signal and an input for the second signal and the other said second poles is isolated.
Le dispositif émetteur-récepteur selon l'invention présente alors les avantages suivants :
- le duplexeur de fréquences, nécessaire à son fonctionnement, est intégrable, avec une surface occupée très inférieure à celle de l'amplificateur distribué connu ;
- la diaphonie est quasiment nulle ;
- le bruit est minimisé.
- the frequency duplexer, necessary for its operation, can be integrated, with an occupied surface area much smaller than that of the known distributed amplifier;
- the crosstalk is almost zero;
- noise is minimized.
L'invention est décrite ci-après en détail, en référence avec les figures schématiques annexées parmi lesquelles :
- la figure 1a qui représente une ligne de transmission en mode ondes lentes de type microruban, vu du dessus, dans l'exemple I de réalisation ;
- la figure 1b qui représente une telle ligne de transmission dans l'exemple II de réalisation ;
- la figure 1c qui représente une telle ligne de transmission dans l'exemple V de réalisation ;
- la figure 1d qui représente une telle ligne de transmission vue du dessus dans l'exemple VI de réalisation ;
- la figure 2a qui représente la ligne de la figure 1a en coupe transversale selon l'axe A-A' de cette figure 1a ;
- la figure 2b qui représente la ligne de la figure 1a en coupe longitudinale selon l'axe B-B' de cette figure 1a ;
- la figure 2c qui représente la ligne de la figure 1a en coupe transversale selon l'axe C-C' de cette figure 1a ;
- la figure 3 qui représente le schéma équivalent à une ligne selon la figure 1 ;
- la figure 4 qui représente le facteur de ralentissement (ou d'ondes lentes) λ₀/λg en fonction de la fréquence F de propagation exprimée en GHz dans l'exemple I de réalisation ;
- la figure 5 qui représente d'une part la partie réelle Re de l'impédance caractéristique Zc de la ligne, et d'autre part la partie imaginaire Im de cette impédance, dans l'exemple I, et en fonction de la fréquence F en GHz ;
- la figure 6 qui représente d'une part les pertes α en dB/cm en fonction de la fréquence F en GHz, et d'autre part les pertes α' en dB par rapport à la longueur d'onde λg en fonction de ladite fréquence F ;
- la figure 7 qui représente la ligne de la figure 1b en coupe longitudinale selon l'axe B-B' de cette figure 1b dans l'exemple II ;
- la figure 8 qui représente la ligne décrite dans l'exemple III en coupe longitudinale ;
- la figure 9 qui représente la ligne décrite dans l'exemple IV en coupe longitudinale ;
- la figure 10 qui représente le facteur de ralentissement (ou d'ondes lentes) λ₀/λg en fonction de la fréquence F de propagation exprimée en GHz dans l'exemple V de réalisation ;
- la figure 11 qui représente la ligne décrite dans l'exemple VI selon la coupe CC' de la figure 1d.
- la figure 12 qui représente, vue du dessus, schématiquement une ligne coplanaire connectée à une ligne ondes lentes selon l'invention ;
- la figure 13 qui représente à titre exemplatif un circuit utilisant le dispositif de la figure 12 ;
- la figure 14a montre une ligne à ondes lentes vue du dessus dans l'exemple de réalisation X ;
- la figure 14b montre cette ligne en coupe grossie, selon l'axe BB' de la figure 14a ;
- la figure 14c montre une ligne à ondes lentes vue du dessus, dans l'exemple XI de réalisation ;
- la figure 14d montre cette ligne en coupe grossie, selon l'axe BB' de la figure 14c ;
- la figure 14e montre la ligne de la figure 15a, ou bien de la figure 14c, en coupe selon l'axe AA' ;
- la figure 15a montre deix cpirbes rerésentatives du facteur de ralentissement R de lignes hyperfréquences, en fonction de la fréquence F, la courbe A concernant une ligne microruban selon la figure 1a sans évidements sous les ponts, et la seconde B concernant une ligne microruban munie d'évidements dans le plan de masse sous les ponts, tels que par exemple montrée sur les figures 14a ou 14c ;
- la
figure 15b montre 3 courbes représentatives du facteur de ralentissement R d'une ligne hyperfréquences correspondant au type de la figure 15a, en fonction de la fréquence F, et pour différentes valeurs du paramètre constitué par la hauteur e₁ de diélectrique 1 sous les ponts, la courbe C correspondant à e₁ = 2 µm, la courbe D à e₁ = 2,4 µm et la courbe E à e₁ = 2,8 µm ; - la
figure 15c montre 3 courbes représentatives du facteur de ralentissement R d'une ligne hyperfréquences conforme au type de la figure 15a, en fonction de la période ℓ, pour différentes valeurs du paramètre constitué par le rapport ℓ₁/ℓ₂ où ℓ₁ est la longueur des ponts et ℓ₂ la longueur des piliers, à une valeur fixe de la fréquence F = 12 GHz ; - la figure 16a montre un coupleur de Lange représenté schématiquement ;
- la figure 16b représente un coupleur de Lange vu du dessus, réalisé au moyen de lignes conformes à celles de la figure 15a, dans une technologie de circuit intégré ;
- la figure 16c représente une partie agrandie d'un tel coupleur réalisé selon un premier exemple de mise en oeuvre ;
- la figure 16d représente une partie agrandie d'un tel coupleur lorsqu'il est réalisé selon un second exemple de mise en oeuvre ;
- la figure 17 représente deux courbes, l'une K du coefficient de couplage en dB en fonction de la fréquence F et l'autre M du coefficient d'accord en dB en fonction de la fréquence pour un coupleur du type de la figure 16b.
- la figure 18 qui représente schématiquement un dispositif émetteur-récepteur à une seule antenne ;
- la figure 19 qui représente schématiquement un dispositif émetteur-récepteur muni d'un coupleur de Lange ;
- la figure 20 qui représente un coupleur à branches ;
- la figure 21 qui représente un circuit de tête hyperfréquence de module réception-émission d'un radar ;
De nombreuses variantes de la ligne ondes lentes selon l'invention sont possibles. Toutes ces variantes ont en commun les éléments essentiels de l'invention qui vont être mis en lumière dans la description d'un premier exemple de réalisation, choisi parmi d'autres pour sa simplicité.
- FIG. 1a which represents a transmission line in slow wave mode of microstrip type, seen from above, in Example I of embodiment;
- Figure 1b which shows such a transmission line in the embodiment II;
- Figure 1c which shows such a transmission line in the embodiment V;
- Figure 1d which shows such a transmission line seen from above in the exemplary embodiment VI;
- Figure 2a which shows the line of Figure 1a in cross section along the axis AA 'of this Figure 1a;
- Figure 2b which represents the line of Figure 1a in longitudinal section along the axis BB 'of this Figure 1a;
- Figure 2c which shows the line of Figure 1a in cross section along the axis CC 'of this Figure 1a;
- FIG. 3 which represents the diagram equivalent to a line according to FIG. 1;
- FIG. 4 which represents the deceleration factor (or slow wave) λ₀ / λ g as a function of the propagation frequency F expressed in GHz in example I of embodiment;
- FIG. 5 which represents on the one hand the real part Re of the characteristic impedance Z c of the line, and on the other hand the imaginary part Im of this impedance, in example I, and as a function of the frequency F in GHz;
- FIG. 6 which represents on the one hand the losses α in dB / cm as a function of the frequency F in GHz, and on the other hand the losses α ′ in dB relative to the wavelength λ g as a function of said frequency F;
- Figure 7 which shows the line of Figure 1b in longitudinal section along the axis BB 'of this Figure 1b in Example II;
- Figure 8 which shows the line described in Example III in longitudinal section;
- FIG. 9 which represents the line described in Example IV in longitudinal section;
- FIG. 10 which represents the deceleration factor (or slow wave) λ₀ / λ g as a function of the propagation frequency F expressed in GHz in the embodiment V;
- FIG. 11 which represents the line described in Example VI according to section CC 'of FIG. 1d.
- FIG. 12 which represents, seen from above, schematically a coplanar line connected to a slow wave line according to the invention;
- Figure 13 which shows by way of example a circuit using the device of Figure 12;
- FIG. 14a shows a slow wave line seen from above in the embodiment X;
- Figure 14b shows this line in enlarged section, along the axis BB 'of Figure 14a;
- FIG. 14c shows a slow wave line seen from above, in exemplary embodiment XI;
- Figure 14d shows this line in enlarged section, along the axis BB 'of Figure 14c;
- Figure 14e shows the line of Figure 15a, or of Figure 14c, in section along the axis AA ';
- FIG. 15a shows ten cpirbs representing the deceleration factor R of microwave lines, as a function of frequency F, curve A relating to a microstrip line according to FIG. 1a without recesses under the bridges, and the second B relating to a microstrip line provided with 'recesses in the ground plane under the bridges, such as for example shown in Figures 14a or 14c;
- FIG. 15b shows 3 curves representative of the deceleration factor R of a microwave line corresponding to the type of FIG. 15a, as a function of the frequency F, and for different values of the parameter constituted by the height e₁ of
dielectric 1 under the bridges, curve C corresponding to e₁ = 2 µm, curve D at e₁ = 2.4 µm and curve E at e₁ = 2.8 µm; - FIG. 15c shows 3 curves representative of the deceleration factor R of a microwave line conforming to the type of FIG. 15a, as a function of the period ℓ, for different values of the parameter constituted by the ratio ℓ₁ / where ℓ₁ is the length of the bridges and ℓ₂ the length of the pillars, at a fixed value of the frequency F = 12 GHz;
- Figure 16a shows a Lange coupler shown schematically;
- FIG. 16b represents a Lange coupler seen from above, produced by means of lines conforming to those of FIG. 15a, in an integrated circuit technology;
- FIG. 16c represents an enlarged part of such a coupler produced according to a first example of implementation;
- FIG. 16d represents an enlarged part of such a coupler when it is produced according to a second example of implementation;
- FIG. 17 shows two curves, one K of the coupling coefficient in dB as a function of frequency F and the other M of the tuning coefficient in dB as a function of frequency for a coupler of the type of FIG. 16b.
- FIG. 18 which schematically represents a transmitter-receiver device with a single antenna;
- FIG. 19 which schematically represents a transmitter-receiver device provided with a Lange coupler;
- FIG. 20 which represents a branch coupler;
- FIG. 21 which represents a microwave head circuit of a radar reception / emission module;
Many variants of the slow wave line according to the invention are possible. All these variants have in common the essential elements of the invention which will be brought to light in the description of a first exemplary embodiment, chosen from among others for its simplicity.
Cet exemple de réalisation est illustré par les figures 1 et 2 à 6.This exemplary embodiment is illustrated by FIGS. 1 and 2 to 6.
La figure la montre une ligne ondes lentes vue du dessus, de structure MICRORUBAN.Figure la shows a slow wave line seen from the above, of MICRORUBAN structure.
Cette ligne est réalisée sur un substrat 10 qui peut être en un matériau absolument quelconque. Par exemple : complètement isolant, totalement conducteur, semi-isolant ou semiconducteur ; ce choix illimité de matériaux pour réaliser le substrat permet d'appliquer l'invention à toutes les sortes de circuits, dans toutes les technologies envisageables, lorsque le circuit comprend une ligne de transmission.This line is produced on a
Sur le substrat 10, la ligne comprend la succession de :
- une couche conductrice 11, par exemple en un métal bon conducteur pouvant faire office de plan de masse de dimension transversale W1 ;
- une couche diélectrique 2, de permitivité relative εr2 et d'épaisseur e₂, de longueur totale au moins égale à celle de la couche 11, et de dimension transversale W₃ ;
- un ruban en un matériau conducteur, par exemple un
métal bon conducteur 12 ;ce ruban 12, de faible dimension transversale W₂, forme avec les couches précédentes une structure périodique, de périodicité ℓ ; à cet effet, le ruban conducteur 12 comprend des parties 3 en contact avec la couche diélectrique 2,ces parties 3 étant de dimension longitudinale ℓ₂ (parallèlement à l'axe BB'), et desparties 4 suspendues entre deux parties 3,ces parties 4 suspendues ayant une dimension longitudinale ℓ₁ (parallèlement à l'axe B-B'), de sorte que :
- les dimensions transversales des
11, 2, 12, sont telles que : W₂ ≦ W₃ ≦ W₁couches
- a
conductive layer 11, for example of a good conductive metal which can act as a ground plane of transverse dimension W1; - a
dielectric layer 2, of relative permitivity ε r2 and of thickness e₂, of total length at least equal to that oflayer 11, and of transverse dimension W₃; - a ribbon made of a conductive material, for example a good
conductive metal 12; thisribbon 12, of small transverse dimension W₂, forms with the preceding layers a periodic structure, of periodicity ℓ; for this purpose, theconductive tape 12 comprisesparts 3 in contact with thedielectric layer 2, theseparts 3 being of longitudinal dimension ℓ₂ (parallel to the axis BB '), andparts 4 suspended between twoparts 3, theseparts 4 suspended with a longitudinal dimension ℓ₁ (parallel to the axis B-B '), so that:
- the transverse dimensions of the
11, 2, 12, are such that: W₂ ≦ W₃ ≦ W₁layers
La figure 2b montre une coupe longitudinale selon l'axe BB' de la ligne de la figure 1a. Cette figure montre que, dans l'exemple I, pour effectuer le contact des parties 3 du ruban 12 avec la couche diélectrique 2, le ruban 12 est affaissé au niveau des parties 3. Au contraire, dans les parties suspendues 4, le ruban 12 est surélevé d'une hauteur e₁ par rapport à la surface supérieure de la couche diélectrique 2.Figure 2b shows a longitudinal section along the axis BB 'of the line of Figure 1a. This figure shows that, in example I, to make the contact of the
Les parties suspendues 4 sont les parties dans lesquelles se fait la propagation. Dans ces parties, le ruban 12 est suspendu au-dessus d'un diélectrique 1, de permitivité relative εr1.The hanging
Pour des raisons de simplification de language on appellera ci-après :
PONTS les parties 4 du ruban 12 suspendues au-dessus du diélectrique 1, lesponts 4 ayant une longueur ℓ₁, et constituant les régions de propagation ;- PILIERS les
parties 13 formées de l'associationde la couche conductrice inférieure 12, de la couche diélectrique 2 d'épaisseur e₂ et des parties 3 du ruban 12, les piliers 13 formant une structure MIM (métal-isolant-métal) de longueur ℓ₂.
- BRIDGES the
parts 4 of theribbon 12 suspended above the dielectric 1, thebridges 4 having a length ℓ₁, and constituting the propagation regions; - PILLARS the
parts 13 formed from the combination of the lowerconductive layer 12, thedielectric layer 2 of thickness e₂ and theparts 3 of thetape 12, thepillars 13 forming a MIM (metal-insulator-metal) structure of length ℓ₂.
La figure 2a montre une coupe transversale de la ligne selon l'axe A-A' de la figure 1a, au niveau d'un pont 4, et la figure 2c montre une coupe transversale de la ligne selon l'axe CC' de la figure 1a, au niveau d'un pilier 13.Figure 2a shows a cross section of the line along the axis AA 'of Figure 1a, at a
De cet exemple de réalisation I, il ressort que les éléments essentiels pour réaliser une ligne ondes lentes résident dans :
- une structure de ligne MICRORUBAN comprenant une couche conductrice inférieure 11, un ruban conducteur supérieur 12 et une partie intermédiaire diélectrique 1, 2 ;
- le fait que cette structure est périodique, de période ℓ, formée de PONTS 4 suspendus sur un
premier diélectrique 1, de permitivité relative εr1, de longueur ℓ₁, ces ponts dans lesquels se fait la propagation de l'onde étant disposés entre deux PILIERS 13 formés d'une structure capacitive (dans cet exemple I, la structure capacitive est une structure MIM constituée de la couche inférieure conductrice 11, de la couche diélectrique 2, de permitivité εr2 et du ruban conducteur 12, les piliers ayant une longueur ℓ₂ telle que - les valeurs des paramètres : εr1, εr2, ℓ, ℓ₁, e₁, la valeur de la capacité et W₁, W₂ de la structure de la ligne sont liées entre elles pour résulter en la propagation d'ondes lentes et fournir un déphasage important sur une longueur totale Δ de ligne de transmission courte. (Dans l'exemple I, la valeur de la capacité est liée à ℓ₁ et e₂).
- a MICRORUBAN line structure comprising a lower
conductive layer 11, an upperconductive tape 12 and a dielectric 1, 2;intermediate part - the fact that this structure is periodic, of period ℓ, formed of
BRIDGES 4 suspended on afirst dielectric 1, of relative permitivity ε r1 , of length ℓ₁, these bridges in which the wave propagation takes place being placed between twoPILLARS 13 formed of a capacitive structure (in this example I, the capacitive structure is a MIM structure consisting of thelower layer conductor 11, thedielectric layer 2, with permissiveness ε r2 and theconductive tape 12, the pillars having a length ℓ₂ such that - the values of the parameters: ε r1 , ε r2 , ℓ, ℓ₁, e₁, the value of the capacitance and W₁, W₂ of the structure of the line are linked together to result in the propagation of slow waves and provide a significant phase shift over a total length Δ of short transmission line. (In example I, the value of the capacity is linked to ℓ₁ and e₂).
En dehors de ces éléments essentiels :
- le pas ℓ de la structure périodique peut être constant ou non. On décrira plus loin un exemple de réalisation de ligne à pas non constant ;
- le matériau choisi pour réaliser le substrat n'a aucune influence sur le fonctionnement de la ligne ; le substrat ne sert que de support ;
- le dessin de la ligne peut être linéaire, en méandre, en spirale ; tout autre dessin imaginable est possible.
- la capacitè peut être un élément passif ou actif.
- en outre la couche diélectrique de la structure MIM peut être éventuellement formée de deux couches diélectriques superposées (2a, 2b). Ce genre de structure a deux couches diélectriques est connue de l'homme de métier et n'est donc pas représentée sur les dessins.
- the step ℓ of the periodic structure can be constant or not. An exemplary embodiment of a line with non-constant pitch will be described later;
- the material chosen to make the substrate has no influence on the operation of the line; the substrate only serves as a support;
- the line drawing can be linear, meandering, spiral; any other design imaginable is possible.
- the capacity can be a passive or active element.
- in addition, the dielectric layer of the MIM structure can optionally be formed of two superimposed dielectric layers (2a, 2b). This type of structure with two dielectric layers is known to those skilled in the art and is therefore not shown in the drawings.
Ce sont ces caractéristiques qui conduisent à de nombreuses variantes de la ligne de transmission ondes lentes, particulièrement aisées à réaliser, particulièrement performantes et entre autres spécialement applicables à la réalisation de circuits MMICs.It is these characteristics which lead to numerous variants of the slow wave transmission line, which are particularly easy to produce, particularly efficient and, inter alia, especially applicable to the production of MMIC circuits.
En effet, le fonctionnment ondes lentes de la ligne, produisant des déphasages importants sur une faible longueur Δ résulte dans le fait que ces lignes sont plus facilement intégrable que les lignes MICRORUBANS connues.Indeed, the slow wave operation of the line, producing significant phase shifts over a short length Δ results in the fact that these lines are more easily integrated than the known MICRORUBANS lines.
Dans le but d'évaluer les performances d'une telle ligne, il est nécessaire d'évaluer la constante de propagation γ dans la longueur ℓ de la ligne.In order to evaluate the performance of such a line, it is necessary to evaluate the propagation constant γ in the length ℓ of the line.
On appellera ci-après :
γ₁, γ₂ les constantes de propagation respectivement dans la partie PONT 4, et dans la partie PILIER 13.
ℓ₁, ℓ₂ les longueurs PONTS, PILIERS déjà définies comme
Z₁, Z₂ les impédances caractéristiques respectivement dans les parties PONTS 4 et PILIERS 13.
La constante de propagation γ est liée aux pertes α dans la ligne et à la constante de phase β par la relation :
La constante de phase β dans la ligne est liée à la longueur d'onde λg de propagation dans la ligne par la relation :
La permitivité effective εreff est liée à la longueur d'onde normalisée λg/λ₀ déjà définie précédemment par :
γ₁, γ₂ the propagation constants respectively in the
ℓ₁, ℓ₂ the BRIDGE, PILLAR lengths already defined as
Z₁, Z₂ the characteristic impedances respectively in the
The propagation constant γ is linked to the losses α in the line and to the phase constant β by the relation:
The phase constant β in the line is linked to the wavelength λ g of propagation in the line by the relation:
The effective permitivity ε reff is linked to the normalized wavelength λ g / λ₀ already defined previously by:
La figure 3 représente le schéma équivalent d'une cellule unitaire de la ligne, c'est-à-dire comprenant un demi PONT, un PILIER et un second demi-PONT.FIG. 3 represents the equivalent diagram of a unit cell of the line, that is to say comprising a half BRIDGE, a PILLAR and a second half BRIDGE.
On définit
et
D'autre part, B est la susceptance de la discontinuité entre le PONT 4 sur le diélectrique 1 et le PILIER 13 MIM.We define
and
On the other hand, B is the susceptance of the discontinuity between
En utilisant un procédé classique de calcul applicable aux structures périodiques, la constante de propagation γ est liée aux autres paramètres de la ligne définis précédemment pour la cellule unitaire du schéma équivalent de la figure 3, par la relation :
où
or
Cette relation permet le calcul de la constante de phase β. Il résulte de ces calculs qu'en choisissant :
ℓ₁, ℓ₂
εr1, εr2
e₁ et e₂
W₁ et W₂
de manière appropriée, la vitesse de phase de la ligne est faible. D'où l'existence du mode dit ondes lentes.This relation allows the calculation of the phase constant β. It follows from these calculations that by choosing:
ℓ₁, ℓ₂
ε r1 , ε r2
e₁ and e₂
W₁ and W₂
appropriately, the phase speed of the line is low. Hence the existence of the so-called slow wave mode.
Pour répondre aux conditions établies par ces calculs, on a réalisé dans cet exemple I, une ligne ondes lentes où :
- le substrat 10 est semi-isolant de manière à intégrer la ligne dans un circuit MMIC,
- le diélectrique 1 sous les PONTS 4 est l'air de permitivité relative εr1 = 1
- le diélectrique 2 dans les piliers 13 de structure MIM est choisi entre la silice (SiO₂) et le nitrure de silicium (Si₃N₄) ; dans ces conditions, la permitivité relative de la couche diélectrique 2 a une valeur de l'ordre de 6 pour la silice (SiO₂) et une valeur de l'ordre de 7 pour le nitrure de silicium (Si₃N₄) ; on
réalisera ces couches 2 dans les conditions technologiques très strictes, propres aux circuits intégrés, de manière à obtenir pour les permitivités εr2 ces valeurs élevées ; si les conditions technologiques sont moins strictes, les valeurs peuvent être moins élevées, de l'ordre de 4 ; - les couches conductrices 11
et 12 sont choisies parmi les métaux qui constituent d'ordinaire le premier niveau d'interconnexion d'un circuit intégré pour la couche conductrice inférieure 11, et le second niveau d'interconnexion d'un circuit intégré pour la couche conductrice supérieure 12 formant le ruban.
- the
substrate 10 is semi-insulating so as to integrate the line into an MMIC circuit, - the dielectric 1 under the
BRIDGES 4 is the air of relative permissiveness ε r1 = 1 - the dielectric 2 in the
pillars 13 of MIM structure is chosen between silica (SiO₂) and silicon nitride (Si₃N₄); under these conditions, the relative permeability of thedielectric layer 2 has a value of the order of 6 for silica (SiO₂) and a value of the order of 7 for silicon nitride (Si₃N₄); theselayers 2 will be produced under very strict technological conditions, specific to integrated circuits, so as to obtain these high values for the permitivities ε r2 ; if the technological conditions are less strict, the values may be lower, of the order of 4; - the
11 and 12 are chosen from the metals which usually constitute the first level of interconnection of an integrated circuit for the lowerconductive layers conductive layer 11, and the second level of interconnection of an integrated circuit for the conductive layer upper 12 forming the ribbon.
Ainsi, dans cet exemple de réalisation I, la ligne est en complète synergie de fabrication avec un circuit intégré MMIC.Thus, in this exemplary embodiment I, the line is in complete manufacturing synergy with an integrated circuit MMIC.
Cependant, il est évident que d'autres choix peuvent être faits pour les matériaux.However, it is obvious that other choices can be made for the materials.
Le tableau I ci-dessous rassemble les valeurs préférentielles des paramètres pour mettre en oeuvre la ligne dans cet exemple I.
La figure 1a montre en outre que le diélectrique 2 a une longueur légèrement supérieure à celle du plan de masse 11 (qui peut être raccordé à la masse par des plots 21) pour permettre la réalisation d'une entrée E par un plot 22a, et d'une sortie O de la ligne ondes lentes par un plot 22b.FIG. 1a also shows that the dielectric 2 has a length slightly greater than that of the ground plane 11 (which can be connected to ground by studs 21) to allow the realization of an input E by a
Les figures 4, 5 et 6 donnent des courbes montrant les performances d'une ligne, obtenues dans les conditions où les éléments de la ligne ont les valeurs données dans le tableau I.Figures 4, 5 and 6 give curves showing the performance of a line, obtained under the conditions where the elements of the line have the values given in table I.
La figure 4 montre le facteur d'ondes lentes λ₀/λg en fonction de la fréquence F en GHz. De cette figure, on déduit que la permitivité effective relative εreff est très élevée aux basses fréquences, fréquences par exemple inférieures à 4 GHz, puis reste quasiment constante entre 4 et 20 GHz, avec une valeur de l'ordre de 20. Cette valeur doit être comparée avec des valeurs de permitivité relative effective connues de l'homme du métier pour des lignes MICRORUBANS classiques, et qui sont de l'ordre de 6 à 8 lorsque la ligne est réalisée sur alumine (Al₂O₃) ou sur semiconducteur.Figure 4 shows the slow wave factor λ₀ / λ g as a function of frequency F in GHz. From this figure, we deduce that the relative effective permissiveness ε reff is very high at low frequencies, frequencies for example less than 4 GHz, then remains almost constant between 4 and 20 GHz, with a value of the order of 20. This value must be compared with effective relative permissivity values known to a person skilled in the art for conventional MICRORUBANS lines, which are of the order of 6 to 8 when the line is made on alumina (Al₂O₃) or on a semiconductor.
La figure 5 représente les parties réelles et imaginaires, respectivement Re(Zc), et Im(Zc), de l'impédance caractéristique Zc de cette ligne. La partie réelle de l'impédance Zc est extrêmement faible. Cette ligne selon l'exemple I trouvera donc des applications très intéressantes dans la réalisation de ligne basse impédance pour transformateur d'impédance.FIG. 5 represents the real and imaginary parts, respectively Re (Z c ), and Im (Z c ), of the characteristic impedance Z c of this line. The real part of the impedance Z c is extremely small. This line according to Example I will therefore find very interesting applications in the production of a low impedance line for an impedance transformer.
La figure 6 montre d'une part les pertes α dans la ligne, exprimées en dB/cm, en fonction de la fréquence F en GHz, et d'autre part les pertes α' en dB par rapport à la longueur d'onde λg en fonction de ladite fréquence F. Ces pertes par cm sont légèrement plus élevées que celles d'une ligne MICRORUBAN classique.FIG. 6 shows on the one hand the losses α in the line, expressed in dB / cm, as a function of the frequency F in GHz, and on the other hand the losses α ′ in dB relative to the wavelength λg as a function of said frequency F. These losses per cm are slightly higher than those of a conventional MICRORUBAN line.
Mais, du fait que la vitesse de phase est faible, la ligne ondes lentes a une longueur totale Δ réduite d'environ 2 fois par rapport à une ligne MICRORUBAN classique. Il en résulte que les performances de la ligne ondes lentes ne sont pas détériorées par rapport à une ligne MICRORUBAN classique, alors qu'elle présente au contraire l'avantage d'être plus courte, donc plus facilement intégrable.However, because the phase speed is low, the slow wave line has a total length Δ reduced by approximately 2 times compared to a conventional MICRORUBAN line. As a result, the performance of the slow wave line is not deteriorated compared to a conventional MICRORUBAN line, while on the contrary it has the advantage of being shorter, and therefore more easily integrated.
Cet exemple est illustré par la figure 1b vue du dessus et par la figure 7 qui est une coupe selon l'axe BB' de la figure 1b.This example is illustrated by FIG. 1b seen from above and by FIG. 7 which is a section along the axis BB 'of FIG. 1b.
Dans l'exemple I précédent, la couche diélectrique 2 était continue d'une extrémité à l'autre de la ligne. Dans cet exemple II, par contre, la couche 2 est éliminée sous les PONTS. Cependant, elle est indispensable pour réaliser la structure MIM des piliers 13. En fait, on considérait que, dans l'exemple I, son influence sous les ponts 4 était négligeable.In previous Example I, the
Cet exemple est illustré par la figure 1b et par la figure 8.This example is illustrated by FIG. 1b and by FIG. 8.
La ligne ondes lentes ne présente pas de changements dans la représentation schématique vu du dessus et peut donc être illustrée par la figure 1b.The slow wave line does not show any changes in the schematic representation seen from above and can therefore be illustrated by FIG. 1b.
La figure 8 est une coupe selon l'axe B-B' de la figure 1b dans cet exemple de réalisation. Selon la coupe de la figure 8, le diélectrique 2 de la structure MIM des piliers 13 présente la même épaisseur que le diélectrique 1 disposé sous les ponts 4. Par contre, la couche de diélectrique 2 qui pouvait subsister sous les PONTS 4 dans l'exemple I, doit être exclue dans cet exemple III, comme on en a montré la possibilité dans l'exemple II.Figure 8 is a section along the axis B-B 'of Figure 1b in this embodiment. According to the section of FIG. 8, the
Pour obtenir le fonctionnement en mode ondes lentes, du fait que l'on a choisi ici :
les autres paramètres vont varier considérablement par rapport à ceux qui sont présentés dans le tableau I. Plus particulièrement, les rapports des longueurs ℓ₁ et ℓ₂ seront très différents. Par contre, les permitivités respectivement εr1 et εr2 peuvent être les mêmes que dans l'exemple I, et par conséquent les diélectriques 1 et 2 peuvent être identiques à ceux de cet exemple.To obtain operation in slow wave mode, because we have chosen here:
the other parameters will vary considerably compared to those presented in table I. More particularly, the ratios of the lengths ℓ₁ and ℓ₂ will be very different. On the other hand, the permitivities respectively ε r1 and ε r2 can be the same as in example I, and consequently the
Cet exemple peut être illustré par la figure 1a, vu du dessus et par la figure 9.This example can be illustrated by FIG. 1a, seen from above and by FIG. 9.
La ligne ondes lentes ne présente pas de changement dans la représentation schématique de la figure 1a vu du dessus.The slow wave line does not show any change in the schematic representation of FIG. 1a seen from above.
La figure 9 est une coupe selon l'axe B-B' de la figure 1a dans cet exemple de réalisation. Selon la coupe de la figure 9, le diélectrique 1 et le diélectrique 2 sont réalisés au moyen du même matériau et présente donc la même permitivité relative :
Pour obtenir le fonctionnement en mode ondes lentes, les autres paramètres de la ligne sont alors très différents de ceux dont les valeurs sont données dans le tableau I.To obtain operation in slow wave mode, the other parameters of the line are then very different from those whose values are given in table I.
Plus particulièrement, les rapports entre les épaisseurs e₁ et e₂, les rapports entre les longueurs ℓ₁ et ℓ₂ seront très différents.More particularly, the ratios between the thicknesses e₁ and e₂, the ratios between the lengths ℓ₁ and ℓ₂ will be very different.
Cet exemple est illustré par les figures 1c et 10.This example is illustrated by Figures 1c and 10.
Dans tous les exemples précédents, la courbe de la figure 4, représentant le facteur de ralentissement pouvait rester sensiblement valable, en ajustant les valeurs des différents paramètres.In all the previous examples, the curve in FIG. 4, representing the deceleration factor, could remain substantially valid, by adjusting the values of the different parameters.
Comme il était recherché, on obtenait dans tous les cas un facteur de ralentissement constant dans les moyennes et hyperfréquences (4 à 20 GHz). Il en résultait une variation de déphasage β en fonction de la fréquence F.As it was sought, in all cases a constant slowing factor was obtained in the medium and microwave frequencies (4 to 20 GHz). This resulted in a variation in phase shift β as a function of frequency F.
Au moyen de la ligne ondes lentes réalisée selon le principe de l'invention dans l'exemple V, on peut obtenir au contraire un déphasage β qui reste constant en fonction de la longueur d'onde. Il suffit pour cela de réaliser une structure de ligne ondes lentes dans laquelle le facteur de ralentissement λ₀/λg varie, par exemple ce facteur de ralentissement montrant une croissance qui se rapproche d'une forme hyperbolique, comme montré sur la courbe de la figure 10.On the contrary, by means of the slow wave line produced according to the principle of the invention in example V, it is possible to obtain a phase shift β which remains constant as a function of the wavelength. It suffices for this to produce a slow wave line structure in which the slowing factor λ₀ / λ g varies, for example this slowing factor showing a growth which approaches a hyperbolic form, as shown on the curve of the figure. 10.
Dans ces conditions, le déphasage
Ce résultat est obtenu au moyen de la structure de ligne ondes lentes représentée schématiquement vue du dessus sur la figure 1c.This result is obtained by means of the slow wave line structure shown diagrammatically seen from above in FIG. 1c.
La caractéristique principale de cette ligne est que la périodicité ℓ montre une croissance et notamment une croissance géométrique. Le facteur de croissance peut être inclus entre 1 (1 étant non compris puisque l'on se trouverait alors dans le cas des exemples précédents) et environ 3.The main characteristic of this line is that the periodicity ℓ shows a growth and in particular a geometric growth. The growth factor can be included between 1 (1 being not included since we would then be in the case of the previous examples) and approximately 3.
En ce qui concerne la technologie proprement dite d'une telle ligne de périodicité ℓ non constante, l'homme du métier peut adopter de préférence celle de l'exemple I qui est particulièrement aisée à mettre en oeuvre. Mais rien n'empêche de créer de nouvelles variantes en appliquant à cet exemple V l'enseignement tiré des exemples II à IV.As regards the technology proper of such a line of periodicity ℓ not constant, the person skilled in the art can preferably adopt that of Example I which is particularly easy to implement. But nothing prevents the creation of new variants by applying to this example V the teaching drawn from examples II to IV.
Cet exemple est illustré par la figure 1d vue du dessus et par la figure 11.This example is illustrated by FIG. 1d seen from above and by FIG. 11.
Dans l'exemple précédent, l'homme du métier avait la possibilité d'agir sur le déphasage β par la mise en oeuvre d'une structure particulière de la ligne ondes lentes.In the previous example, a person skilled in the art had the possibility of acting on the phase shift β by implementing a particular structure of the slow wave line.
Dans cet exemple VI, on propose une structure donnant la possibilité d'agir électroniquement sur ledit déphasage β.In this example VI, a structure is proposed giving the possibility of acting electronically on said phase shift β.
Tel que montré vu du dessus sur la figure 1d, la couche conductrice 11 présente elle-même une structure périodique, de période ℓ. Dans les régions 13' correspondant aux PILIERS 13 de la figure 1a par exemple, on a réalisé une diode 13' polarisée par une tension de polarisation continue VDD qui peut présenter différentes valeurs.As shown seen from above in FIG. 1d, the
Dans l'exemple VI, la DIODE 13' est plus commodément un transistor à effet de champ à grille Schottky, dont la source S et le drain D court-circuités sont portés à la tension de polarisation continue VDD et dont la grille G est portée à la masse M. Evidemment, dans la région du transistor ou DIODE 13', le substrat 10 n'est plus quelconque, comme dans les exemples précédents, mais doit comporter une zone active 10a, d'un matériau semiconducteur, par exemple du type de conductivité N, le reste du substrat 10b de part et d'autre de la couche active 10a étant semi-isolant. Les régions 10a et 10b peuvent être des couches de matériau choisis parmi les semiconducteurs tels que : le silicium (Si) ou l'arséniure de gallium (GaAs) par exemple. Le transistor à grille Schottky 13' est réalisé par exemple de la manière suivante :
Une couche 10b semi-isolante et des régions 10a dites zones actives sont réalisées par tout moyen connu de l'homme du métier des circuits intégrés. Les zones actives 10a sont réalisées avec une périodicité ℓ choisie pour la ligne ondes lentes. Les zones actives 10a doivent présenter des dimensions nécessaires et suffisantes pour recevoir un transistor à effet de champ à grille Schottky. Cette technologie est connue de tout homme du métier des circuits intégrés.In example VI, the
A
La couche conductrice 11 est ensuite réalisée. en dehors des régions actives 10a, la couche conductrice 11, dont le matériau est choisi de préférence parmi les métaux aptes à former une grille Schottky, présente la dimension transversale W₁ déterminée comme dans les exemples précédents.The
Dans les régions actives 10a, la couche métallique 11 est par contre étrécie (voir la figure 1d).
Longitudinalement, selon l'axe BB' de la figure 1d, elle présente une dimension dite largeur de grille du transistor Schottky et perpendiculairement à l'axe BB', elle présente une dimension faible de l'ordre du µm dite longueur de grille du transistor Schottky. Puis des contacts ohmiques d'un matériau 14 formant des plots de source S et de drain D sont disposés de part et d'autre de la grille G selon un schéma classique de transistor à effet de champ à grille Schottky. Le transistor a grille Schottky 13' est illustré par la figure 11 en coupe selon l'axe CC' de la figure 1d.In the
Longitudinally, along the axis BB 'of FIG. 1d, it has a dimension known as the gate width of the Schottky transistor and perpendicular to the axis BB', it has a small dimension of the order of µm known as the gate length of the transistor Schottky. Then ohmic contacts of a material 14 forming source pads S and drain D are disposed on either side of the gate G according to a conventional scheme of field effect transistor with Schottky gate. The
Le ruban 12 est ensuite réalisé, montrant des ponts 4 dans les régions de la couche métallique 12, où cette dernière présente la dimension W₁.The
Pour effectuer les contacts électriques entre le ruban 12 et les contacts ohmiques 14 de source S et de drain D de chaque transistor à effet de champ 13', dans une réalisation particulièrement intéressante, le ruban 12 est partagé en deux parties 12a et 12b, la partie 12a venant établir le contact en surface du contact ohmique de source S, et la partie 12b venant établir le contact en surface du contact ohmique de drain D par exemple. Le dispositif est symétrique par rapport à l'axe BB' ainsi que par rapport à l'axe CC' de la figure 1d.To make the electrical contacts between the
Afin d'éviter les courts-circuits entre le ruban 12 et la couche métallique 11, les parties 12a et 12b peuvent être constituées de ponts à air, ou bien une couche diélectrique isolante mince telle que la couche 2 décrite dans les exemples précédents peut être prévue à la fois sous les ponts 4 et débordant légèrement la couche métallique 11 dans les régions de grille Schottky, tout en laissant dénudés les contacts ohmiques sur lesquels les parties de ruban 12a et 12b viennent reposer et établir le contact électrique.In order to avoid short circuits between the
Par cette méthode, les sources S et drain D des transistors 13' sont court-circuités et la grille Schottky G est mise à la masse M par l'intermédiaire de la couche métallique 11.By this method, the sources S and drain D of the
Il suffit ensuite de prévoir une ligne de connexion 15 pour raccorder au moins un contact ohmique S ou D à une tension de polarisation VDD ajustable.It then suffices to provide a
Comme il a été dit précédemment, le ruban 12, ses parties 12a et 12b peuvent être réalisées par tout métal approprié à réaliser les seconds niveaux d'interconnexion des circuits intégrés. Par conséquent, la ligne de connexion 15 qui relie les contacts ohmiques peut être réalisée dans la même technologie.As has been said previously, the
La phase β de la ligne ondes lentes est alors réglable électroniquement par l'ajustage de la tension de polarisation VDD qui fait varier la capacité grille-source du transistor 13'.The phase β of the slow wave line is then electronically adjustable by adjusting the bias voltage V DD which varies the gate-source capacitance of the transistor 13 '.
Cet exemple est illustré par la figure 12 schématiquement vu du dessus.This example is illustrated by FIG. 12 schematically seen from above.
La ligne de transmission ondes lentes dont les éléments essentiels ont été donnés, et dont un certain nombre d'exemples parmi les nombreuses variantes possibles a été décrit dans les exemples I à VI, résout, comme on l'a vu, entre autres deux problèmes techniques cruciaux pour la mise en oeuvre des circuits intégrés en général et des MMIC's en particulier, à savoir :
- elle présente une surface réduite ;
- elle est réalisable sur la face principale du circuit intégré ;
- ses connexions sont compatibles avec des éléments de circuits planaires ;
- ses connexions sont compatibles avec les éléments réalisés sur la face principale du circuit intégré ;
- cette ligne est notamment basse impédance.
- it has a reduced surface;
- it can be performed on the main face of the integrated circuit;
- its connections are compatible with elements of planar circuits;
- its connections are compatible with the elements made on the main face of the integrated circuit;
- this line is notably low impedance.
La figure 12 représente la connexion d'une telle ligne ondes lentes basse impédance et de surface réduite, avec une ligne coplanaire haute impédance.FIG. 12 represents the connection of such a low impedance slow wave line and of reduced surface area, with a high impedance coplanar line.
Par ligne coplanaire, il faut entendre une ligne réalisée sur la face principale du circuit intégré ou MMIC, montrant un ruban conducteur central de faible dimension transversale disposé entre deux rubans conducteurs de plus grande dimension transversale. L'impédance de la ligne coplanaire dépend de la dimension transversale du ruban conducteur central dans lequel se fait la propagation de la distance qui le sépare des deux autres rubans généralement connectés à un potentiel de référence ou masse. Le déphasage (généralement exprimé en longueur d'onde, par exemple λ/4, λ/2) dépend de la longueur de la ligne.By coplanar line is meant a line made on the main face of the integrated circuit or MMIC, showing a central conductive tape of small transverse dimension disposed between two conductive tapes of larger transverse dimension. The impedance of the coplanar line depends on the transverse dimension of the central conductive tape in which the distance which separates it from the two other tapes generally connected to a reference potential or mass is propagated. The phase shift (generally expressed in wavelength, for example λ / 4, λ / 2) depends on the length of the line.
D'autres facteurs interviennent dans le calcul réel des caractéristique de la ligne tels que : l'épaisseur du ruban, la nature du substrat.Other factors are involved in the actual calculation of the characteristics of the line such as: the thickness of the ribbon, the nature of the substrate.
On peut réaliser au moyen des lignes coplanaires, aussi bien des lignes hautes impédances que des lignes basses impédances. Mais, si les lignes coplanaires hautes impédances ont des dimensions compatibles avec les circuits intégrés, par contre, les lignes coplanaires basses impédances ont des dimensions, notamment transversales, qui occupent une surface énorme du circuit intégré, ce qui est tout à fait défavorable à l'intégration monolithique.Coplanar lines can be used for both high impedance lines and low impedance lines. But, if the high impedance coplanar lines have dimensions compatible with integrated circuits, on the other hand, the low-impedance coplanar lines have dimensions, notably transverse, which occupy an enormous surface of the integrated circuit, which is entirely unfavorable for monolithic integration.
La ligne ondes lentes basse impédance permet alors en calculant sa longueur et ses caractéristiques de manière appropriée de former une ligne présentant par exemple le même déphasage qu'une ligne coplanaire, (λ/4, λ/2).The low impedance slow wave line then makes it possible, by calculating its length and its characteristics appropriately, to form a line having for example the same phase shift as a coplanar line, (λ / 4, λ / 2).
Donc, lorsque se pose le problème de réaliser une ligne basse impédance, l'homme du métier a tout intérêt à adopter la structure de l'une des lignes ondes lentes selon l'invention, comme décrite précédemment.Therefore, when the problem arises of making a low impedance line, those skilled in the art have every interest in adopting the structure of one of the slow wave lines according to the invention, as described above.
D'autre part, lorsque se pose le problème de réaliser un transformateur d'impédance, l'homme du métier a tout intérêt à adopter la structure montrée vu de dessus sur la figure 12, montrant la connexion entre une ligne haute impédance coplanaire (par exemple λ/4) et une ligne basse impédance ondes lentes selon l'invention ( par exemple λ/4 également).On the other hand, when the problem arises of making an impedance transformer, those skilled in the art have every interest in adopting the structure shown seen from above in FIG. 12, showing the connection between a high impedance coplanar line (by example λ / 4) and a low impedance slow wave line according to the invention (for example λ / 4 also).
En effet, par rapport à une ligne coplanaire de même caractéristique, la ligne basse impédance ondes lentes selon l'invention va présenter :
- une largeur réduite d'un facteur = 10 ;
- une longueur réduite d'un facteur ≃ 2 à 4.
- a width reduced by a factor = 10;
- a length reduced by a factor ≃ 2 to 4.
Tel que représenté sur la figure 12, la partie P₁ délimitée par des traits discontinus est la ligne basse impédance ondes lentes selon l'invention, et la partie P₂ est une ligne coplanaire haute impédance telle que connue de l'homme du métier.As shown in FIG. 12, the part P₁ delimited by broken lines is the low impedance slow wave line according to the invention, and the part P₂ is a high impedance coplanar line as known to those skilled in the art.
Sur le substrat 10, un premier niveau de métallisation va former le plan de masse 11 de la ligne ondes lentes P₁ se séparant en deux rubans pour former les lignes de masse 11a et 11b de la ligne coplanaire P₂.On the
La ligne ondes lentes P₁ comprendra, réalisée sur la couche conductrice 11, une couche diélectrique 2, comme déjà décrite, débordant le plan de masse 11 de la ligne ondes lentes P₁ dans les régions nécessaires pour éviter les courts-circuits entre le plan de masse 11 et la ligne 12 réalisée ultérieurement.The slow wave line P₁ will include, produced on the
Ensuite, la ligne ondes lentes P₁ comprendra le ruban 12, réalisant comme déjà décrit des piliers 13 et des PONTS 4, ruban 12 qui se continue directement sur le substrat 10 entre les lignes de masse 11a et 11b pour former la structure coplanaire de la ligne P₂. A cet effet, il est généralement nécessaire que la couche diélectrique 2 déborde le plan de masse 11 de la ligne ondes lentes P₁ du côté de la ligne coplanaire P₂ pour éviter les courts-circuits entre le plan de masse 11 et la ligne 12.Then, the slow wave line P₁ will include the
Si une sortie O est souhaitée pour la ligne ondes lentes P₁, du côté opposé à sa connexion avec la ligne coplanaire P₁, la couche diélectrique 2 est prolongée aussi au-delà du plan de masse 11, et le ruban 12 est muni d'une sortie O comme montré sur les figures 1a, 1b, 1c.If an output O is desired for the slow wave line P₁, on the side opposite to its connection with the coplanar line P₁, the
Cet exemple n'est pas illustré.This example is not illustrated.
On a vu que la ligne ondes lentes basse impédance possédait un plan conducteur 11, raccordable à la masse, en contact avec la surface principale supérieure du substrat.We have seen that the low impedance slow wave line had a
Si besoin est, le contact avec un autre plan de masse réalisé sur la seconde face du substrat, ou face arrière du substrat, peut être fait comme il est connu de l'homme du métier sous le nom de "trou métallisé".If necessary, contact with another ground plane made on the second face of the substrate, or rear face of the substrate, can be made as is known to those skilled in the art under the name of "metallized hole".
Dans cet exemple, illustré par la figure 13, on montre un exemple d'application du transformateur d'impédance décrit dans l'exemple VII, à un circuit intégré.In this example, illustrated by FIG. 13, we show an example of application of the impedance transformer described in example VII, to an integrated circuit.
Tel que représenté sur la figure 13, le circuit comporte un transistor, par exemple à effet de champ T₁, ayant une grille G₁ pour recevoir un signal F₁ dans une bande de fréquences donnée, ayant un drain D₁ connecté à une tension de polarisation continue VD1 à travers une charge R₁, ayant une sortie O₁ pour ledit signal et ayant une source S₁ par exemple connectée à la masse M.As shown in Figure 13, the circuit includes a transistor, for example T₁ field effect, having a gate G grille for receiving a signal F signal in a band of given frequencies, having a drain D₁ connected to a DC bias voltage V D1 through a load R₁, having an output O₁ for said signal and having a source S₁ for example connected to ground M.
Un circuit à base de transformateur d'impédance P₁ + P₂ peut être appliqué sur la grille G₁ du transistor T₁.A circuit based on an impedance transformer P₁ + P₂ can be applied to the gate G₁ of the transistor T₁.
Une ligne haute impédance P₂, par exemple λ/4 est connectée par une extrémité à la grille G₁ et par son autre extrémité à la fois à une ligne basse impédance P₁ ondes lentes selon l'invention et à une tension de polarisation continue VG1.A high impedance line P₂, for example λ / 4 is connected by one end to the gate G₁ and by its other end both to a low impedance line P₁ slow waves according to the invention and to a DC bias voltage V G1 .
La ligne basse impédance P₁ est donc connectée par une extrémité à la fois à P₂ et à VG1, et son autre extrémité est ouverte dans cette application.The low impedance line P₁ is therefore connected at one end to both P₂ and V G1 , and its other end is open in this application.
La ligne ondes lentes selon l'invention à de larges applications dans les circuits intégrés de toutes sortes ainsi que dans les MMIC's (hyperfréquences) du fait que son fonctionnement peut être, comme on l'a dit, indifférent au substrat, qu'elle présente de faibles dimensions par rapport aux autres lignes ayant les mêmes caractéristiques, et qu'elle est compatible avec toutes les technologies de circuits intégrés utilisée à ce jour.The slow wave line according to the invention has wide applications in integrated circuits of all kinds as well as in MMICs (microwave) because its operation can be, as we said, indifferent to the substrate, which it presents small dimensions compared to other lines having the same characteristics, and that it is compatible with all the integrated circuit technologies used to date.
Cet exemple de réalisation est illustré par les figures 14a, 14b, 14e, 2c.This exemplary embodiment is illustrated by FIGS. 14a, 14b, 14e, 2c.
La figure 14a montre une ligne ondes lentes vue du dessus, de structure MICRORUBAN, ayant des premières caractéristiques identiques à celles de la ligne de l'exemple II.FIG. 14a shows a slow wave line seen from above, of MICRORUBAN structure, having first characteristics identical to those of the line of example II.
Ainsi, cette ligne est réalisée sur un substrat 10 qui peut être en un matériau absolument quelconque. Par exemple : complètement isolant, totalement conducteur, semi-isolant ou semiconducteur.Thus, this line is produced on a
Sur le substrat 10, la ligne comprend la succession de :
- une couche conductrice 11, par exemple en un métal bon conducteur pouvant faire office de plan de masse M dedimension transversale W1 ;
- une couche diélectrique 2, de permitivité relative εr2 et d'épaisseur e₂, de dimension transversale W₃ ;
- un ruban en un matériau conducteur, par exemple un
métal bon conducteur 12 ;ce ruban 12, de faible dimension transversale W₂, forme avec les couches précédentes une structure périodique, de périodicité ℓ : à cet effet, le ruban conducteur 12 comprend des parties 3 en contact avec la couche diélectrique 2,ces parties 3 étant de dimension longitudinale ℓ₂ (parallèlement à l'axe BB'), et desparties 4 suspendues entre deux parties 3,ces parties 4 suspendues ayant une dimension longitudinale ℓ₁ (parallèlement à l'axe B-B'), de sorte que :
- les dimensions transversales des
11, 2, 12, sont telles que : W₂ ≦ W₃ ≦ W₁.couches
- a
conductive layer 11, for example of a good conductive metal which can act as a ground plane M of transverse dimension W1; - a
dielectric layer 2, of relative permitivity ε r2 and of thickness e₂, of transverse dimension W₃; - a ribbon made of a conductive material, for example a good
conductive metal 12; thisstrip 12, of small transverse dimension W₂, forms with the preceding layers a periodic structure, of periodicity ℓ: for this purpose, theconductive strip 12 comprisesparts 3 in contact with thedielectric layer 2, theseparts 3 being of longitudinal dimension ℓ₂ (parallel to the axis BB '), andparts 4 suspended between twoparts 3, these suspendedparts 4 having a longitudinal dimension ℓ₁ (parallel to the axis B-B'), so that:
- the transverse dimensions of the
11, 2, 12 are such that: W₂ ≦ W₃ ≦ W₁.layers
La structure comprend en outre par rapport à l'exemple II, un élément essentiel constitué par des parties 5 dans lesquelles la couche 11 de plan de masse, comme la couche diélectrique 2, sont évidées sous les parties suspendues 4, en sorte que la surface du substrat 10 apparaît. Dans cette exemple X, l'évidement 5 est unique sous chaque partie suspendue 4, et la dimension longitudinale de l'évidement 5 est :
Par exemple la valeur de ℓ₃ peut approcher celle de ℓ₁ à quelques % près, ou être égale.The structure also comprises, with respect to Example II, an essential element consisting of
For example, the value of ℓ₃ can approach that of ℓ₁ to within a few%, or be equal.
La structure de la ligne selon l'exemple X apparaît plus clairement dans la représentation schématique agrandie montrée sur la figure 14b, en coupe longitudinale selon l'axe BB' de la ligne de la figure 14a. Cette figure montre que, pour effectuer le contact des parties 3 du ruban 12 avec la couche diélectrique 2, le ruban 12 est affaissé au niveau des parties 3. Au contraire, dans les parties suspendues 4, le ruban 12 est surélevé d'une hauteur e'₁ par rapport à la surface supérieure du substrat qui apparaît dans l'évidement 5.The structure of the line according to Example X appears more clearly in the enlarged schematic representation shown in FIG. 14b, in longitudinal section along the axis BB 'of the line in FIG. 14a. This figure shows that, to make the contact of the
Les parties suspendues 4 sont les parties dans lesquelles se fait la propagation. Dans ces parties, le ruban 12 est suspendu au-dessus d'un seul diélectrique 1, de permitivité relative εr1.The hanging
Comme dans l'exemple II, on appelle ci-après :
PONTS les parties 4 du ruban 12 suspendues au-dessus du diélectrique 1, lesponts 4 ayant une longueur ℓ₁ ≃ ℓ₃ et constituant les régions de propagation ;- PILIERS les
parties 13 formées de l'associationde la couche conductrice inférieure 12, de la couche diélectrique 2 d'épaisseur e₂ et des parties 3 du ruban 12, les piliers 13 formant une structure MIM (métal-isolant-métal) de longueur ℓ₂.
- BRIDGES the
parts 4 of theribbon 12 suspended above the dielectric 1, thebridges 4 having a length ℓ₁ ≃ ℓ₃ and constituting the regions of propagation; - PILLARS the
parts 13 formed from the combination of the lowerconductive layer 12, thedielectric layer 2 of thickness e₂ and theparts 3 of thetape 12, thepillars 13 forming a MIM (metal-insulator-metal) structure of length ℓ₂.
La figure 14e montre une coupe transversale de la ligne selon l'axe A-A' de la figure 14a, au niveau d'un pont 4, et la figure 2c reste valable pour montrer une coupe transversale de la ligne selon l'axe CC' de la figure 14a au niveau d'un pilier 13.Figure 14e shows a cross section of the line along the axis AA 'of Figure 14a, at a
De cet exemple de réalisation X, il ressort que les éléments essentiels pour réaliser une ligne ondes lentes résident dans :
- une structure de ligne MICRORUBAN comprenant une couche conductrice inférieure 11 formant plan de masse M, un ruban conducteur supérieur 12 et, une partie intermédiaire diélectrique 1, 2 ;
- le fait que cette structure est périodique, de période ℓ, formée de PONTS 4 suspendus, de longueur ℓ₁, ces ponts dans lesquels se fait la propagation de l'onde étant disposés entre deux PILIERS 13 formés d'une structure capacitive. Dans cet exemple X, la structure capacitive est une structure MIM constituée de la couche inférieure conductrice 11, de la couche diélectrique 2, de permitivité εr2 et du ruban conducteur 12, les piliers ayant une longueur ℓ₂ telle que
- le fait que sous les
ponts 4, est formé dans la couche diélectrique 2 et le plan de masse 11 au moinsun évidement 5 ayant une longueur :
- les valeurs des paramètres : εr1, εr2, ℓ₁, ℓ₂, ℓ₃, e'₁, la valeur de la capacité et W₁, W₂, W₃ de la structure de la ligne sont liées entre elles pour résulter en la propagation d'ondes lentes et fournir un déphasage important sur une longueur totale Δ de ligne de transmission courte.
- a MICRORUBAN line structure comprising a lower
conductive layer 11 forming a ground plane M, an upperconductive strip 12 and, a dielectric 1, 2;intermediate part - the fact that this structure is periodic, of period ℓ, formed of suspended
BRIDGES 4, of length ℓ₁, these bridges in which the propagation of the wave takes place being arranged between twoPILLARS 13 formed of a capacitive structure. In this example X, the capacitive structure is a MIM structure consisting of the conductivelower layer 11, thedielectric layer 2, of permissiveness ε r2 and of theconductive tape 12, the pillars having a length ℓ₂ such that - the fact that under the
bridges 4, is formed in thedielectric layer 2 and theground plane 11 at least onerecess 5 having a length:
- the values of the parameters: ε r1 , ε r2 , ℓ₁, ℓ₂, ℓ₃, e'₁, the value of the capacitance and W₁, W₂, W₃ of the structure of the line are linked together to result in the propagation of waves slow and provide a significant phase shift over a total length Δ of short transmission line.
Dans cet exemple X, la valeur des capacités MIM des parties 13 est liée à ℓ₂, à e₂ et εr2. D'autre part, les évidements 5 disposés dans les régions de pont 4 jouent le rôle de selfs, permettant d'obtenir une augmentation de l'impédance caractéristique de la ligne.In this example X, the value of the MIM capacities of the
En dehors de ces éléments essentiels :
- le pas ℓ de la structure périodique peut être constant ou non.
- le matériau choisi pour réaliser le substrat n'a aucune influence sur le fonctionnement de la ligne ; le substrat ne sert que de support ;
- le dessin de la ligne peut être linéaire, en méandre, en spirale ; tout autre dessin imaginable est possible.
- la capacité peut être un élément passif ou actif. Dans l'exemple X, on a préféré un élément passif pour rendre la ligne plus compacte ; les lignes qui incluent des éléments actifs présentent d'autres propriétés explicitées précédemment.
- en outre la couche diélectrique de la structure MIM peut être éventuellement formée de deux couches diélectriques superposées. Ce genre de structure à deux couches diélectriques pour réaliser une capacité est à la portée de l'homme de métier et n'est donc pas représentée sur les dessins.
- the step ℓ of the periodic structure can be constant or not.
- the material chosen to make the substrate has no influence on the operation of the line; the substrate only serves as a support;
- the line drawing can be linear, meandering, spiral; any other design imaginable is possible.
- capacity can be a passive or active element. In example X, we preferred a passive element to make the line more compact; the lines which include active elements have other properties explained above.
- additionally the dielectric layer of the structure MIM can optionally be formed from two superimposed dielectric layers. This kind of structure with two dielectric layers for producing a capacitance is within the reach of those skilled in the art and is therefore not shown in the drawings.
Toutes ces caractéristiques qui conduisent à de nombreuses variantes de la ligne de transmission ondes lentes, particulièrement aisées à réaliser, particulièrement performantes, comme déjà décrites par exemple dans les modes de réalisation dérivés des exemples I, et II, tels que les exemples III, IV, V.All these characteristics which lead to numerous variants of the slow wave transmission line, particularly easy to perform, particularly efficient, as already described for example in the embodiments derived from Examples I and II, such as Examples III, IV , V.
Dans cet exemple X, par rapport aux exemples I ou II l'augmentation du facteur de ralentissement, en liaison avec celle de l'impédance caractéristique de la ligne, permet réellement une diminution optimale des dimensions des lignes.In this example X, compared with examples I or II, the increase in the deceleration factor, in conjunction with that of the characteristic impedance of the line, actually allows an optimal reduction in the dimensions of the lines.
Dans le but d'évaluer les performances d'une telle ligne, il est nécessaire d'évaluer la constante de propagation γ dans la longueur ℓ de la ligne, ou période.In order to evaluate the performance of such a line, it is necessary to evaluate the propagation constant γ in the length ℓ of the line, or period.
On appellera ci-après :
γ₁, γ₂ les constantes de propagation respectivement dans la partie PONT 4, et dans la partie PILIER 13.
ℓ₁, ℓ₂ les longueurs PONTS, PILIERS déjà définies comme
ℓ₃ la longueur des évidements sous les ponts équivalents à ℓ₁,
Z₁, Z₂ les impédances caractéristiques respectivement dans les parties PONTS 4 et PILIERS 13.We will call hereafter:
γ₁, γ₂ the propagation constants respectively in the
ℓ₁, ℓ₂ the BRIDGE, PILLAR lengths already defined as
ℓ₃ the length of the recesses under the bridges equivalent to ℓ₁,
Z₁, Z₂ the characteristic impedances respectively in the
Le calcul de la constante de phase β est réalisé de la même manière que décrit dans l'exemple I. Il résulte de ces calculs qu'en choisissant :
ℓ₁, ℓ₂, ℓ₃
εr1, εr2
e'₁ et e₂
W₁ et W₂
de manière appropriée, la vitesse de phase de la ligne est faible. D'où l'existence du mode dit ondes lentes déjà décrit dans l'exemple I.The calculation of the phase constant β is carried out in the same manner as described in Example I. It follows from these calculations that by choosing:
ℓ₁, ℓ₂, ℓ₃
ε r1 , ε r2
e'₁ and e₂
W₁ and W₂
appropriately, the phase speed of the line is low. Hence the existence of the so-called slow wave mode already described in Example I.
Mais il s'est avéré que la façon dont l'homme du métier pouvait agir sur εr1 et sur e₁ qui sont des paramètres essentiels, était limitée du fait que, jusqu'à ce jour, les lignes de propagation du type microruban avaient toujours comporté la superposition de trois couches : un plan de masse M, une couche diélectrique et un conducteur microruban, comme il est précisément décrit dans l'exemple I.However, it turned out that the way in which the person skilled in the art could act on ε r1 and on e₁ which are essential parameters, was limited by the fact that, to date, the microstrip type propagation lines had always comprising the superposition of three layers: a ground plane M, a dielectric layer and a microstrip conductor, as it is precisely described in Example I.
Cette structure à 3 couches résultait d'un enseignement constant de l'état de la technique, et cet enseignement était un obstacle à une évolution permettant d'obtenir une amélioration par rapport à la structure à ondes lentes citée précédemment.This 3-layer structure was the result of constant teaching of the state of the art, and this teaching was an obstacle to an evolution making it possible to obtain an improvement compared to the slow wave structure mentioned above.
Le problème était donc de trouver une solution électronique pour augmenter le facteur d'ondes lentes dans le but de réduire encore les dimensions des lignes, ce qui permet à la fois de réduire les pertes par longueurs d'onde et d'augmenter encore les densités d'intégration, tout ceci sans ajouter de difficultés technologiques considérables.The problem was therefore to find an electronic solution to increase the slow wave factor in order to further reduce the dimensions of the lines, which makes it possible both to reduce the losses by wavelengths and to further increase the densities. integration, all without adding considerable technological difficulties.
Des expérimentations ont montré, comme il apparaît sur les courbes de la figure 15b qui représente les variations du facteur de ralentissement
pour la courbe C, e'₁ = 2 µm
pour la courbe D, e'₁ = 2,4 µm
pour la courbe E, e'₁ = 2,8 µm
que le facteur de ralentissement R augmente lorsque l'épaisseur e'₁ de diélectrique 1 augmente, pour une même valeur de la fréquence F.Experiments have shown, as it appears on the curves of figure 15b which represents the variations of the deceleration factor
for curve C, e'₁ = 2 µm
for curve D, e'₁ = 2.4 µm
for curve E, e'₁ = 2.8 µm
that the deceleration factor R increases when the
Cependant s'il est souhaitable d'augmenter en effet la hauteur e'₁ des ponts, l'homme du métier se heurte rapidement à un problème technologique rédhibitoire, car, si l'on choisit l'air comme diélectrique 1, pour la raison que l'air est le meilleur diélectrique, alors il devient aléatoire de réaliser les ponts au-dessus d'une certaine valeur de e₁, valeur maximale qui dépend évidemment aussi de la longueur ℓ₁ et de la largeur W₁ du conducteur 11.However, if it is desirable to increase the
Pour résoudre ce problème d'une façon satisfaisante, selon l'invention, on a réalisé une augmentation de l'impédance caractéristique de la ligne, en formant les évidements 5 dans le plan de masse M sous les ponts, évidements 5 qui augmentent le rôle inductif de la ligne constituant le pont.To solve this problem satisfactorily, according to the invention, an increase in the characteristic line impedance has been achieved, by forming the
On possède alors en plus des paramètres sur lesquels on pouvait agir selon l'exemple I pour augmenter le facteur de ralentissement, c'est-à-dire e₁, εr1, des possibilités d'amélioration supplémentaire grâce à l'effet de self de ces évidements.We then have in addition parameters on which we could act according to Example I to increase the slowing factor, that is to say e₁, ε r1 , possibilities for further improvement thanks to the self effect of these recesses.
La figure 15a représente le facteur de ralentissement
- la courbe A représente ce facteur R, dans le cas d'une ligne selon l'exemple I : sans évidements ;
- la courbe B représente ce facteur R dans le cas d'une ligne selon l'exemple X : avec évidements 5.
- curve A represents this factor R, in the case of a line according to example I: without recesses;
- curve B represents this factor R in the case of a line according to example X: with
recesses 5.
Les évidements 5 produisent bien l'effet favorable recherché de ralentissement supplémentaire, en agissant à la fois sur l'impédance caractéristique de la ligne, sur l'épaisseur de diélectrique e'₁ sous les ponts, sur la valeur de la permitivité εr1 puisque le seul diélectrique le plus favorable peut se trouver sous les ponts, et tout ceci en bénéficiant d'une technologie facile à mettre en oeuvre, les évidements 5 étant réalisés au cours d'étapes conventionnelles de la technologie des circuits intégrés.The
Ainsi une amélioration nette est encore obtenue par rapport aux exemples I et II, ceci d'une manière simple et élégante, sans courrir le risque d'envisager des valeurs rédhibitoires pour la valeur de la hauteur e'₁ des ponts.Thus a clear improvement is still obtained compared to examples I and II, this in a simple and elegant manner, without running the risk of envisaging unacceptable values for the value of the
Les courbes de la figure 15c représentent le facteur de ralentissement
Les courbes de la figure 15c enseignent qu'il existe une valeur optimale où R passe par un maximum, qui dépend bien entendu des autres paramètres des lignes, et que l'homme du métier peut donc agir sur ces paramètres pour optimiser le système.The curves in FIG. 15c teach that there is an optimal value where R passes through a maximum, which of course depends on the other parameters of the lines, and that the person skilled in the art can therefore act on these parameters to optimize the system.
La diminution des dimensions de la ligne est telle que l'homme du métier peut alors songer à incorporer des dispositifs complexes, utilisant ces lignes, dans des circuits à haute densité d'intégration. Ceci était auparavant impossible. Les composants utilisant les lignes étaient réalisés sur des substrats juxtaposés aux circuits intégrés hyperfréquences et reliés par des fils fins, ce qui limitait la fréquence de coupure. Au contraire, en ayant la possibilité de réaliser les lignes sur le même substrat que les transistors hyperfréquences et autres composants des circuits intégrés, les connexions sont technologiquement identiques à celles du reste du circuit et elles ne limitent plus la fréquence.The reduction in the dimensions of the line is such that a person skilled in the art can then think of incorporating complex devices, using these lines, in circuits with high integration density. This was previously impossible. The components using the lines were produced on substrates juxtaposed with integrated circuits microwave and connected by thin wires, which limited the cutoff frequency. On the contrary, by having the possibility of producing the lines on the same substrate as the microwave transistors and other components of the integrated circuits, the connections are technologically identical to those of the rest of the circuit and they no longer limit the frequency.
Pour répondre aux conditions établies par ces calculs, on a réalisé dans cet exemple X, une ligne ondes lentes ayant les mêmes caractéristiques technologiques que celles de l'exemple I, par exemple les mêmes matériaux.To meet the conditions established by these calculations, in this example X, a slow wave line was produced having the same technological characteristics as those of example I, for example the same materials.
Cependant, il est évident que d'autres choix peuvent être faits pour les matériaux.However, it is obvious that other choices can be made for the materials.
Le tableau II ci-dessous rassemble les valeurs préférentielles des paramètres pour mettre en oeuvre la ligne dans cet exemple X.
La figure 14a montre que les autres caractéristiques de la ligne de l'exemple X sont très comparables à celles de la ligne des exemples I et II montrées sur les figures 1a et 1b.FIG. 14a shows that the other characteristics of the line of example X are very comparable to those of the line of examples I and II shown in FIGS. 1a and 1b.
La figure 5e est aussi valable pour représenter les parties réelles et imaginaires, respectivement Re(Zc) et Im(Zc) de l'impédance caractéristique Zc de cette ligne.FIG. 5e is also valid for representing the real and imaginary parts, respectively Re (Z c ) and Im (Z c ) of the characteristic impedance Z c of this line.
La figure 6 est également valable pour montrer les pertes α dans la ligne, exprimées en dB/cm, en fonction de la fréquence F en GHz. La courbe α' de cette figure 6 représente les pertes en dB par longueur d'onde.Figure 6 is also valid for showing the losses α in the line, expressed in dB / cm, as a function of the frequency F in GHz. The curve α ′ in this figure 6 represents the losses in dB per wavelength.
Du fait que la vitesse de phase est plus faible, la ligne ondes lentes a une longueur totale Δ réduite par rapport à la ligne de l'exemple I. La réduction des longueurs est inversement proportionnelle au facteur de ralentissement R. Or dans le cas d'une ligne microruban conventionnelle à environ 12 GHz, R était de l'ordre de 2,5, alors que R était de l'ordre de 4 dans la ligne décrite dans l'exemple I. Dans l'exemple X, comme le montre la figure 15a, à cette fréquence, R est de l'ordre de 4,5. Comme on l'a dit dans l'exemple I, les performances de la ligne ondes lentes selon l'invention ne sont pas détériorées, alors qu'elle est notablement plus courte.Because the phase speed is lower, the slow wave line has a total length Δ reduced compared to the line of Example I. The reduction in lengths is inversely proportional to the deceleration factor R. Now in the case of a conventional microstrip line at around 12 GHz, R was of the order of 2.5, while R was of the order of 4 in the line described in Example I. In Example X, as shown FIG. 15a, at this frequency, R is of the order of 4.5. As was said in Example I, the performance of the slow wave line according to the invention is not deteriorated, while it is notably shorter.
Par exemple, pour un déphasage de 180°, dans la bande de fréquence KU, la présente structure de ligne ondes lentes produit des pertes évaluées à environ 1dB.For example, for a 180 ° phase shift, in the frequency band KU, the present slow wave line structure produces losses evaluated at around 1dB.
Cet exemple est illustré par la figure 14c vue du dessus et par la figure 14d qui est une coupe selon l'axe BB' de la figure 14c.This example is illustrated by FIG. 14c seen from above and by FIG. 14d which is a section along the axis BB 'of FIG. 14c.
Dans l'exemple X précédent, on a étudié le cas où l'on réalise seulement 1 évidement 5 sous chaque pont. Dans cet exemple, on réalise plusieurs évidements 5a, 5b, etc sous chaque pont, créant ainsi une période dans la période ℓ.In the previous example X, we studied the case where we only make 1
Les avantages sont que l'on obtient une augmentation supplémentaire du facteur de ralentissement R due aux discontinuités ainsi réalisées.The advantages are that an additional increase in the deceleration factor R is obtained due to the discontinuities thus produced.
Une variante à cette réalisation XI qui procède du même principe, est de prévoir pour les capacités 13, des capacités de valeurs différentes, réparties de manière alternée le long de la ligne. On obtient ainsi, également, une période dans la période de la ligne, et une amélioration consécutive du facteur de ralentissement de la ligne.A variant to this embodiment XI which proceeds from the same principle, is to provide for the
D'autre part, la réalisation d'une ligne ayant à la fois la caractéristique de deux ou plusieurs évidements 5a, 5b etc.. sous les ponts, et des capacités de valeurs alternées pour les piliers 13 est aussi possible. En faisant varier ces différents facteurs, l'homme du métier obtiendra facilement les résultats les plus appropriés à chaque application envisagée.On the other hand, the production of a line having both the characteristic of two or
Dans cet exemple, on applique l'une des lignes à ondes lentes décrites précédemment à la réalisation d'un coupleur de Lange.In this example, one of the slow wave lines described above is applied to the production of a Lange coupler.
Le coupleur connu de la publication IEEE, MTT, Déc.1969, p.1150-1151 citée est constitué par au moins 3 lignes parallèles reliées 2 à 2 en alternance pour former une structure interdigitée. La publication citée montre un coupleur 3 dB à 5 lignes de transmission. Un couplage par champ électromagnétique apparaît entre les lignes parallèles adjacentes.The coupler known from the publication IEEE, MTT, Dec. 1969, p.1150-1151 cited is constituted by at least 3 parallel lines connected 2 to 2 alternately to form an interdigitated structure. The cited publication shows a 3 dB coupler with 5 transmission lines. An electromagnetic field coupling appears between the adjacent parallel lines.
La figure 16a ci-après représente schématiquement ce coupleur. La figure 16b représente le même coupleur vu du dessus, d'une manière simplifiée, réalisé au moyen de couches propres aux circuits intégrés.Figure 16a below shows schematically this coupler. FIG. 16b represents the same coupler seen from above, in a simplified manner, produced by means of layers specific to integrated circuits.
Tel que représenté sur cette figure 16a, le coupleur comprend deux pôles dits d'entrée N₁ et N₂, et deux pôles dits de sortie N₃ et N₄. Selon la figure 16a, le coupleur de Lange est constitué de 5 lignes microrubans parallèles dont une ligne dite principale 110, reliée électriquement aux lignes 111 et 114, et deux lignes 112 et 113 reliées électriquement entre elles, et formant une structure interdigitée du fait que la ligne 112 est disposée entre les lignes 110 et 111 et la ligne 113 entre les lignes 110 et 114. Le coupleur est symétrique : c'est-à-dire que si N₃ et N₄ sont des entrées, alors N₁ et N₂ sont des sorties.As shown in this figure 16a, the coupler comprises two so-called input poles N₁ and N₂, and two so-called output poles N₃ and N₄. According to FIG. 16a, the Lange coupler consists of 5 parallel microstrip lines including a so-called
Les lignes 110 et 111 sont reliés électriquement directement au pôle N₁ par un simple conducteur 101. Les lignes 110 et 114 sont reliées électriquement directement au pôle N₄ par un simple conducteur 104. La ligne 112 et la ligne113 sont reliées électriquement aux pôles N₂ et N₃ respectivement par des simples conducteurs 102 et 103.
Ainsi :
- le point milieu de la ligne principale 110 est relié d'une part à l'extrémité ouverte de la ramification 111 et d'autre part à l'extrémité ouverte de la
ramification 114 ; - l'extrémité ouverte de la ligne 112 est reliée au point commun de la ligne 113 et du conducteur 103 ;
- l'extrémité ouverte de la ligne 113 est reliée au point commun de la ligne 112 et du conducteur 102.
- the midpoint of the
main line 110 is connected on the one hand to the open end of thebranch 111 and on the other hand to the open end of thebranch 114; - the open end of
line 112 is connected to the common point ofline 113 andconductor 103; - the open end of
line 113 is connected to the common point ofline 112 andconductor 102.
Les pôles N₂ et N₃ sont reliés électriquement, par ce montage, en croix par rapport aux pôles N₁ et N₄, comme montré sur la figure 16a et sur la figure 16b.The poles N₂ and N₃ are electrically connected, by this assembly, crosswise with respect to the poles N₁ and N₄, as shown in Figure 16a and in Figure 16b.
D'autre part, les lignes adjacentes 110 et 112, la 110 et 113, sont respectivement parallèles sur une longueur L, alors que, dans la structure interdigitée 110, 111, 112, la ligne 111 est parallèle à la ligne 112 sur une longueur égale à L/2. Il en est de même dans la structure interdigitée 110, 114, 113, où la ligne 114 est parallèle à la ligne 113 sur une longueur également L/2.On the other hand, the
La longueur L peut être de l'ordre du quart de la longueur d'onde λ du signal transporté selon l'art antérieur.The length L can be of the order of a quarter of the wavelength λ of the signal transported according to the prior art.
Les lignes 111, 112, 110, 113, 114 du coupleur de Lange peuvent être réalisées au moyen des lignes à ondes lentes selon l'invention. Sur la figure 16b, les connexions 115, 116, 117 et 118 sont formées au moyen d'une couche conductrice disposée à un niveau différent des couches 11 et 12, avec des ouvertures sur la couche 12 aux endroits appropriés à former la connexion électrique avec la couche 12 selon une technique dite de VIA bien connue de l'homme du métier, et avec des portions de couches isolantes dans les parties où au contraire la connexion électrique n'est pas souhaitée avec les couches 11 ou 12. Les autres simples connexions peuvent être formées au moyen de parties de la couche conductrice 12.
La figure 16c représente une partie agrandie du coupleur de la figure 16b, dans laquelle il apparaît que les lignes utilisées à titre d'exemple non limitatif pour réaliser le coupleur de l'exemple XII, sont celles décrites dans l'exemple X.FIG. 16c represents an enlarged part of the coupler of FIG. 16b, in which it appears that the lines used by way of nonlimiting example to produce the coupler of example XII, are those described in example X.
Dans le cas de la figure 16c, les évidements 5 des lignes sont réalisés individuellement sous chaque pont 4.In the case of FIG. 16c, the
La figure 16d représente une partie agrandie du coupleur de la figure 16b, dans laquelle il apparaît que les évidements 5 des lignes parallèles, par exemple 112, 110, 113, 114 peuvent être regroupés, pour former un seul évidement 5, les ponts 4 étant respectivement en vis-à-vis pour toutes les lignes, et les piliers 13 également. Ce dispositif présente un avantage technologique sur le précédent, du fait de sa simplicité de réalisation ; en effet le masque relatif aux évidements 5 est moins critique à positionner. Ce coupleur admet alors le même principe de fonctionnement que le coupleur connu. En réalisant les lignes nécessaires à la formation d'un tel coupleur de Lange, au moyen des lignes ondes lentes selon l'invention, on obtient en outre les avantages que ce dispositif est très performant et beaucoup plus compact, compatible avec les projets de circuits intégrés à haute densité, et d'un faible coût pour les applications grand public, dans le domaine de la télévision ou de l'automobile par exemple.FIG. 16d represents an enlarged part of the coupler of FIG. 16b, in which it appears that the
La figure 17 montre sur la courbe M, l'adaptation du coupleur en dB en fonction de la fréquence F, et sur la courbe K le couplage en dB, en fonction de la fréquence F. Ces courbes montrent que, en réalisant le coupleur au moyen des lignes de l'exemple X, ce coupleur peut être favorablement utilisé dans une large bande de fréquences, autour de 12 GHz.FIG. 17 shows on the curve M, the adaptation of the coupler in dB as a function of the frequency F, and on the curve K the coupling in dB, as a function of the frequency F. These curves show that, by producing the coupler at using the lines of Example X, this coupler can be favorably used in a wide frequency band, around 12 GHz.
Tel que représenté sur la figure 18, un dispositif émetteur-récepteur classique, connu de tout homme du métier comprend une entrée Q₁ pour un premier signal V₁, à la fréquence F₁, se propageant à travers un amplificateur Δ₁ puis à travers un duplexeur 50, vers une antenne A, puis vers le milieu extérieur. Ce signal est appliqué au pôle N₁ du duplexeur 50 et sort au pôle N₃ de ce duplexeur 50.As shown in Figure 18, a device conventional transceiver, known to any person skilled in the art, includes an input Q₁ for a first signal V₁, at the frequency F₁, propagating through an amplifier Δ₁ then through a
Ce dispositif comprend en outre, une sortie Q₂ pour un second signal V₂ à la fréquence F₂. Ce signal est d'abord capté par la même antenne A puis il se propage à travers le duplexeur 50, dans lequel il entre au pôle N₃ et à travers un amplificateur Δ₂ vers la sortie Q₂.This device further comprises an output Q₂ for a second signal V₂ at the frequency F₂. This signal is first picked up by the same antenna A then it propagates through the
Les problèmes qui se posent dans les émetteurs-récepteurs hyperfréquences, c'est-à-dire fonctionnant jusqu'à des fréquences autour de 60 GHz résident dans les faits que :
- a) une seule antenne doit être utilisée pour des raisons économiques ;
- b) le signal émis V₁ a généralement une amplitude très supérieure à celle du signal reçu V₂ ;
- c) il ne doit cependant pas se produire d'intermodulation ;
- d) le dispositif doit montrer une très bonne adaptation ;
- e) les pertes doivent être faibles ;
- f) la fréquence d'utilisation est éventuellement élevée, par exemple 60 GHz ;
- g) le dispositif doit être intégrable. et éventuellement :
- h) la bande de fréquence doit être large ;
- a) only one antenna should be used for economic reasons;
- b) the transmitted signal V₁ generally has an amplitude much greater than that of the received signal V₂;
- c) however, there should be no intermodulation;
- d) the device must show very good adaptation;
- e) losses must be low;
- f) the frequency of use is possibly high, for example 60 GHz;
- g) the device must be integrable. and eventually :
- h) the frequency band must be wide;
Dans cet exemple XIII, ces problèmes sont résolus en utilisant comme duplexeur 50, un coupleur "de Lange" selon l'exemple XII connecté aux autres éléments du circuit d'une manière spéciale à l'invention.In this example XIII, these problems are solved by using as
Selon l'invention, on fait circuler dans ce coupleur deux signaux V₁ et V₂ à deux fréquences différentes F₁ et F₂. Comme le coupleur de Lange est large bande, supérieure à 1 octave, la différence entre les fréquences F₁ et F₂ n'est pas un inconvénient si elle est inférieure à cette bande passante, par exemple inférieure à 1 octave. On choisira cependant la longueur L de la ligne principale en fonction de la longueur d'onde λ du signal le plus faible, généralement V₂.According to the invention, there are circulated in this coupler two signals V₁ and V₂ at two different frequencies F₁ and F₂. As the Lange coupler is broadband, greater than 1 octave, the difference between the frequencies F₁ and F₂ is not a drawback if it is less than this passband, for example less than 1 octave. However, the length L of the main line will be chosen as a function of the wavelength λ of the weakest signal, generally V₂.
Dans des variantes de l'invention, pour augmenter le facteur de couplage, on peut prévoir une structure de coupleur de Lange ayant plusieurs structures interdigitées semblables à celles formées par les lignes 111 et 112 d'une part et 113 et 114 d'autre part. Le coupleur doit montrer un centre de symétrie.In variants of the invention, to increase the coupling factor, it is possible to provide a Lange coupler structure having several interdigitated structures similar to those formed by
L'augmentation du nombre des doigts permet d'augmenter le facteur de couplage et de diminuer les pertes dans le coupleur. Ainsi avec 4 doigts (ou 5 lignes), les pertes sont de 3 dB ; avec 6 doigts (ou 7 lignes), les pertes sont de 2 dB, etc...The increase in the number of fingers makes it possible to increase the coupling factor and to decrease the losses in the coupler. Thus with 4 fingers (or 5 lines), the losses are 3 dB; with 6 fingers (or 7 lines), the losses are 2 dB, etc ...
D'autre part, l'augmentation du nombre de doigts permet aussi d'augmenter la bande passante du dispositif.On the other hand, increasing the number of fingers also makes it possible to increase the bandwidth of the device.
Selon l'invention, pour réaliser le dispositif émetteur-récepteur, le premier signal V₁ à la fréquence F₁ est appliqué sur le pôle N₁ du coupleur de Lange tel que représenté sur la figure 16b, et sort par le pôle N₃, pour être émis ensuite par une antenne A vers le milieu extérieur.According to the invention, to make the transmitter-receiver device, the first signal V₁ at the frequency F₁ is applied to the pole N₁ of the Lange coupler as shown in FIG. 16b, and exits through the pole N₃, to be emitted then by an antenna A to the outside environment.
Le secon signal V₂, à la fréquence F₂, capté par l'antenne est appliqué au coupleur de Lange sur le même pôle N₃ (de manière à résoudre le problème de l'utilisation d'une antenne unique), et sort du coupleur par le pôle N₂.The second signal V₂, at the frequency F₂, picked up by the antenna is applied to the Lange coupler on the same pole N₃ (so as to solve the problem of using a single antenna), and leaves the coupler by the pole N₂.
Le quatrième pôle N₄ du coupleur de Lange est relié à la masse à travers une impédance ZC.The fourth pole N₄ of the Lange coupler is connected to ground through an impedance Z C.
Donc, selon l'invention, le conducteur 101 (ou pôle N₁) est une entrée, le conducteur 102 (ou pôle N₂) est une sortie, le conducteur 104 (ou pôle N₄) est isolé, et le conducteur 103 (ou pôle N₃) est à la fois une entrée et une sortie.According to the invention, the conductor 101 (or pole N₁) is an input, the conductor 102 (or pole N₂) is an output, the conductor 104 (or pole N₄) is isolated, and the conductor 103 (or pole N₃) is both an input and an output.
Alors que, selon une utilisation connue de l'homme du métier, le conducteur 103 est par exemple uniquement une entrée et les conducteurs 101 et 102 sont alors uniquement des sorties déphasées, le conducteur 104 étant quant à lui isolé.Whereas, according to a use known to those skilled in the art, the
Le coupleur est raccordé comme montré sur la figure 19 d'une part à l'antenne A et d'autre part aux amplificateurs Δ₁ et Δ₂.The coupler is connected as shown in FIG. 19 on the one hand to the antenna A and on the other hand to the amplifiers Δ₁ and Δ₂.
Ainsi pour atteindre les buts de l'invention, comme il est montré sur la figure 19, le signal V₁ à la fréquence F₁ à émettre est traité par un amplificateur Δ₁ à fort gain et forte isolation, et le signal V₂ de fréquence F₂ reçu est traité par un amplificateur Δ₂ bas bruit. Dans ce cas, le fonctionnement du dispositif émetteur-récepteur est le suivant :
Le signal V₁ à émettre à la fréquence F₁ entre d'abord au noeud Q₁ du dispositif émetteur-récepteur, puis est traité par l'amplificateur Δ₁. Il passe ensuite par couplage du pôle N₁ au pôle N₃ ;
Le signal V₁ à émettre à la fréquence F₁ passe en outre directement par conduction dans l'impédance caractéristique Zc connectée au pôle de sortie N₄ ;
Le signal à émettre V₁ à la fréquence F₁ se propage ensuite du pôle N₃ du coupleur vers le milieu extérieur au moyen de l'antenne A.Thus, to achieve the aims of the invention, as shown in FIG. 19, the signal V₁ at the frequency F₁ to be transmitted is processed by an amplifier Δ₁ with high gain and high insulation, and the signal V₂ of frequency F₂ received is processed by a low noise Δ₂ amplifier. In this case, the operation of the transceiver device is as follows:
The signal V₁ to be transmitted at the frequency F₁ first enters the node Q₁ of the transmitter-receiver device, then is processed by the amplifier Δ₁. It then passes by coupling from pole N₁ to pole N₃;
The signal V₁ to be transmitted at the frequency F₁ also passes directly by conduction into the characteristic impedance Z c connected to the output pole N₄;
The signal to be transmitted V₁ at the frequency F₁ then propagates from the pole N₃ of the coupler to the outside environment by means of the antenna A.
Cette dernière reçoit le second signal V₂ à une autre fréquence F₂, d'amplitude généralement beaucoup plus faible que le premier signal V₁ de fréquence F₁. Ce second signal V₂ passe par conduction, directement du pôle d'entrée-sortie N₃ au pôle de sortie N₂. Puis le second signal V₂ est traité comme déjà dit par l'amplificateur Δ₂ faible bruit et sort du dispositif au noeud Q₂.The latter receives the second signal V₂ at another frequency F₂, of amplitude generally much lower than the first signal V₁ of frequency F₁. This second signal V₂ passes by conduction, directly from the input-output pole N₃ to the output pole N₂. Then the second signal V₂ is processed as already said by the low noise amplifier Δ₂ and leaves the device at the node Q₂.
Le second signal V₂ ou signal reçu à la fréquence F₂, passe cependant aussi par couplage du pôle N₃ au pôle N₁, mais :
- d'une part, il est de faible amplitude ;
- d'autre part, il se trouve, après le pôle N₂, devant la sortie de l'amplificateur Δ₁ à forts gain et isolation.
- on the one hand, it is of low amplitude;
- on the other hand, it is, after the pole N₂, in front of the output of the amplifier Δ₁ with high gain and insulation.
De ce fait le but de l'invention qui est de réussir la propagation des signaux V₁ et V₂ sans intermodulation est atteint.Therefore the object of the invention which is to successfully propagate the V₁ and V₂ signals without intermodulation is achieved.
Si l'on considère la nouvelle utilisation d'un coupleur de Lange proposée par l'invention par rapport à celle connue de l'état de la technique, en fait, seul le signal V₂ est traité d'une manière sensiblement traditionnelle. En effet, pour ce signal, N₃ est une entrée et N₁ et N₂ sont des sorties couplées et déphasées. L'application du signal V₁ sur le système selon l'invention est alors une utilisation complètement originale.If we consider the new use of a Lange coupler proposed by the invention compared to that known from the prior art, in fact, only the signal V₂ is processed in a substantially traditional manner. Indeed, for this signal, N₃ is an input and N₁ and N₂ are coupled and phase-shifted outputs. The application of the signal V₁ on the system according to the invention is then a completely original use.
En effet, d'une part, dans l'utilisation, selon l'invention le signal V₁ n'est pas traité du tout de la manière traditionnelle connue. Et d'autre part, l'état de la technique n'enseigne pas non plus à appliquer simultanément deux signaux différents, tels que V₁ et V₂ sur le même coupleur.Indeed, on the one hand, in the use, according to the invention the signal V₁ is not processed at all in the known traditional way. And on the other hand, the state of the art does not teach either to apply two different signals simultaneously, such as V₁ and V₂ on the same coupler.
Une originalité de cette utilisation réside donc dans le fait d'appliquer à la fois au coupleur deux signaux V₁ et V₂, de fréquence et d'amplitude différents et d'obtenir la propagation de ces signaux sans intermodulation.An originality of this use therefore lies in the fact of applying to the coupler two signals V₁ and V₂, of different frequency and amplitude and of obtaining the propagation of these signals without intermodulation.
Les avantages obtenus par l'utilisation d'un coupleur de Lange monté selon l'invention sont nombreux :
- on s'affranchit par ce montage, du fait que le coupleur de Lange est un élément passif, des effets des non-linéarités du dispositif actif (amplificateur distribué) connu de l'état de la technique ;
- le coupleur de Lange est intégrable du fait de ses dimensions, au contraire d'autres dispositifs passifs connus de l'homme du métier sous le nom de circulateurs, qui permettaient aussi une séparation des signaux, mais qui, du fait qu'ils ne sont pas intégrables, sont exclus des technologies du futur ;
- l'isolation du pôle N₁ vis-à-vis du pôle N₂ est très bonne (20 à 35 dB) ;
- les pertes sont faibles (1 à 3 dB) ;
- l'adaptation est très bonne (meilleure que 25 dB) ;
- les "traces" de V₂ au pôle N₁ ne peuvent se retrouver au noeud d'entrée Q₁ ;
- il n'y a donc pas d'intermodulation entre les signaux V₁ et V₂ ;
- les pertes peuvent être minimisées au besoin comme il a été dit, et la bande de fréquence peut être choisie plus ou moins large, en agissant sur les facteurs w, s, L du coupleur de Lange, où w = w₂ des exemples précédents, et où s est l'espacement entre les lignes du coupleur ;
- la structure du coupleur de Lange selon l'invention est aisée à mettre en oeuvre et d'un coût de réalisation faible ;
- cette technologie est tout à fait compatible avec la technologie des circuits intégrés MMICs (Monolithic Microwave Integrated circuits) ;
Zc = 50 ohms ; w = 9 microns ; s = 7 microns.
L ≃ 200 µm pour 60 GHz ,
Un coupleur de Lange en technologie microruban connue peut aussi être utilisé de la même manière que décrit ci-dessus, mais ses dimensions sont plus grandes.The advantages obtained by using a Lange coupler mounted according to the invention are numerous:
- by this arrangement, the fact that the Lange coupler is a passive element is freed from the effects of the non-linearities of the active device (distributed amplifier) known from the state of the art;
- the Lange coupler can be integrated because of its dimensions, unlike other passive devices known to those skilled in the art under the name of circulators, which also allow separation of the signals, but which, because they are not not integrable, are excluded from future technologies;
- the insulation of the N₁ pole from the N₂ pole is very good (20 to 35 dB);
- losses are low (1 to 3 dB);
- the adaptation is very good (better than 25 dB);
- the "traces" of V₂ at the pole N₁ cannot be found at the input node Q₁;
- there is therefore no intermodulation between the signals V₁ and V₂;
- the losses can be minimized if necessary as has been said, and the frequency band can be chosen to be more or less wide, by acting on the factors w, s, L of the Lange coupler, where w = w₂ from the previous examples, and where s is the spacing between the lines of the coupler;
- the structure of the Lange coupler according to the invention is easy to implement and of a low production cost;
- this technology is fully compatible with MMICs (Monolithic Microwave Integrated circuits) technology;
Z c = 50 ohms; w = 9 microns; s = 7 microns.
L ≃ 200 µm for 60 GHz, or 1.5 mm for 10 GHz;
A Lange coupler in known microstrip technology can also be used in the same manner as described above, but its dimensions are larger.
Dans cet exemple, les buts de l'invention sont atteints en utilisant comme duplexeur 50, un coupleur à branches, tel que décrit par exemple dans la publication "Millimeter wave engineering and applications" par P. BHARTIA et I.J. BAHL chez John Wiley and Sons, New-York (A Wiley-Interscience Publication) p.355, ou bien encore dans la publication de Microwave Journal, July 1988 p.119 et pp.122-123, intitulée "Microstrip Power Dividers at mm-wave frequencies" par Mazen Hamadallah (p.115).In this example, the objects of the invention are achieved by using as
Comme décrit dans ces publications, et illustré ci-après par la figure 20, un coupleur à branches comprend deux sections de ligne 201 et 202 de longueur L et d'impédance Zc√2, raccordées à chacune de leurs extrémités par deux sections de ligne 203 et 204 d'impédance Zc et de longueur L.As described in these publications, and illustrated below by FIG. 20, a branch coupler comprises two sections of
En série avec les premières sections de ligne 201 et 202, on trouve des sections de ligne pour former les pôles N₁ et N₂ d'une part, et N₃ et N₄ d'autre part, d'impédance chacune Zc.In series with the
Selon les documents cités,
Selon l'invention au contraire d'une part on utilise un type de lignes ondes lentes choisi parmi ceux décrits précédemment, et d'autre part comme montré sur la figure 19, on applique comme précédemment deux signaux d'entrée l'un V₁, sur le pôle N₁, l'autre V₂ sur le pôle N₃ (via l'antenne unique A). Le pôle N₄ est le pôle isolé, le pôle N₂ est le pôle de sortie pour le signal V₂ et le pôle N₃ est le pôle de sortie pour le signal V₁.According to the invention, on the other hand, on the one hand, a type of slow wave lines is chosen chosen from those described above, and on the other hand, as shown in FIG. 19, two input signals, one V₁, are applied as before. on pole N₁, the other V₂ on pole N₃ (via the single antenna A). The pole N₄ is the isolated pole, the pole N₂ is the output pole for the signal V₂ and the pole N₃ is the output pole for the signal V₁.
Comme dans l'exemple XIII, et tel qu'illustré par les figures 18 et 19, on adjoint au coupleur des amplificateurs Δ₁ et Δ₂ pour optimiser les résultats.As in Example XIII, and as illustrated by FIGS. 18 and 19, amplifiers Δ₁ and Δ₂ are added to the coupler to optimize the results.
La technologie mise en oeuvre est la même que dans l'exemple XIII, et les résultats sont identiques sauf en ce qui concerne la bande passante qui est moins large.The technology used is the same as in Example XIII, and the results are identical except that which concerns the bandwidth which is less wide.
Cependant, pour augmenter la bande passante, le coupleur à branches peut être muni de plusieurs branches parallèles aux branches 201 et 202.However, to increase the bandwidth, the branch coupler can be provided with several branches parallel to the
La surface occupée par le dispositif selon l'exemple XIV est en outre un peu supérieure à celle qui est occupée par le dispositif selon l'exemple XIII, mais ce dispositif est néanmoins parfaitement intégrable.The surface occupied by the device according to Example XIV is also slightly greater than that occupied by the device according to Example XIII, but this device is nevertheless perfectly integrable.
Dans un exemple d'utilisation des circuits selon les exemples XIII ou XIV, pour réaliser une tête hyperfréquence d'un module d'émission-réception de radar, comme représenté sur la figure 21, on dispose d'un générateur 58 de signal V₁ à la fréquence F₁ dit oscillateur local OL dont le signal est appliqué sur l'amplificateur Δ₁ éventuellement formé de deux amplificateurs de moyenne puissance Δ'₁, Δ''₁, puis le signal est appliqué sur le pôle N₁ du coupleur 50. Le pôle N₃ est appliqué sur l'antenne A, le pôle N₄ est relié à la terre par l'intermédiaire de l'impédance Zc, par exemple 50 Ω, le pôle N₂ est relié à l'entrée de l'amplificateur Δ₂ formé éventuellement de deux amplificateurs faible bruit Δ'₂, Δ''₂. La sortie de l'amplificateur Δ₂ est appliquée sur un mélangeur 59 qui reçoit par ailleurs également le signal à la fréquence F₁ provenant de l'oscillateur local 58 et dont la sortie fournit la fréquence
intermédiaire
intermediate
Les applications d'un tel circuit sont nombreuses :
- . Communication sans fil (en anglais : MOBILE COMMUNICATION),
- . Radar doppler,
- . Application aux faisceaux hertziens, à l'électronique automobile (radar anti-collision, mesure des vitesses) etc... En particulier dans le domaine de l'automobile, on doit disposer d'une part de circuits l'automobile, on doit disposer d'une part de circuits intégrables pour des raisons de coûts de fabrication et d'autre part de circuits travaillant dans la bande 60 à 80 GHz pour des raisons d'encombrement spectral.
- . Wireless communication (in English: MOBILE COMMUNICATION),
- . Doppler radar,
- . Application to radio-relay systems, to automobile electronics (anti-collision radar, speed measurement) etc ... In particular in the automobile field, one must have circuits on the one hand automotive, one must have on the one hand integrated circuits for reasons of manufacturing costs and on the other hand circuits working in the 60 to 80 GHz band for reasons of spectral congestion.
Le circuit selon l'invention est à la fois intégrable et parfaitement apte à travailler à des fréquences aussi élevées. Il répond donc tout à fait à ces conditions, aussi sévères soient elles.The circuit according to the invention is both integratable and perfectly capable of working at such high frequencies. It therefore fully meets these conditions, however severe they may be.
Claims (25)
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9006626A FR2662858A1 (en) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | Transmission line in slow-wave mode, of the microstrip type, and circuit including such a line |
FR9006626 | 1990-05-29 | ||
FR9008598 | 1990-07-06 | ||
FR9008598A FR2664448A1 (en) | 1990-07-06 | 1990-07-06 | Transmitter/receiver device including an integrated circuit comprising a frequency circulator/duplexer |
FR9102813A FR2673766A1 (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | Transmission lines in slow-wave mode, of the microstrip type, and coupler formed by such lines |
FR9102813 | 1991-03-08 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP0459571A1 true EP0459571A1 (en) | 1991-12-04 |
EP0459571B1 EP0459571B1 (en) | 1995-09-20 |
Family
ID=27252228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP91201234A Expired - Lifetime EP0459571B1 (en) | 1990-05-29 | 1991-05-24 | Microstrip slow wave transmission line and circuit including such a line |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5369381A (en) |
EP (1) | EP0459571B1 (en) |
JP (1) | JPH05500896A (en) |
DE (1) | DE69113116T2 (en) |
WO (1) | WO1991019329A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0637042A2 (en) * | 1993-07-27 | 1995-02-01 | Texas Instruments Incorporated | Device for affecting an input signal |
EP0795921A3 (en) * | 1996-03-12 | 1997-09-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Radio telephone |
CN102099957A (en) * | 2008-07-15 | 2011-06-15 | 松下电器产业株式会社 | Slow wave transmission line |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5819169A (en) * | 1996-05-10 | 1998-10-06 | Northrop Grumman Corporation | High performance mixer structures for monolithic microwave integrated circuits |
US5835112A (en) * | 1996-10-08 | 1998-11-10 | Hewlett-Packard Company | Segmented electrical distribution plane |
US5834995A (en) * | 1997-05-01 | 1998-11-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Cylindrical edge microstrip transmission line |
AU1608501A (en) | 1999-11-18 | 2001-05-30 | Paratek Microwave, Inc. | Rf/microwave tunable delay line |
US6774745B2 (en) * | 2000-04-27 | 2004-08-10 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc | Activation layer controlled variable impedance transmission line |
DE602004030914D1 (en) * | 2003-07-14 | 2011-02-17 | Photonicsystems Inc | BIDIRECTIONAL SIGNAL INTERFACE |
US7398054B2 (en) | 2003-08-29 | 2008-07-08 | Zih Corp. | Spatially selective UHF near field microstrip coupler device and RFID systems using device |
EP1660331B1 (en) * | 2003-08-29 | 2019-07-24 | Zebra Technologies Corporation | Printer with spatially selective uhf near field microstrip coupler device |
KR20060109468A (en) * | 2003-11-14 | 2006-10-20 | 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | Semiconductor device with a resonator |
US7259641B1 (en) * | 2004-02-27 | 2007-08-21 | University Of South Florida | Microelectromechanical slow-wave phase shifter device and method |
US8596532B2 (en) * | 2004-06-10 | 2013-12-03 | Zih Corp. | Apparatus and method for communicating with an RFID transponder |
ITRM20040345A1 (en) * | 2004-07-12 | 2004-10-12 | Sie Soc It Elettronica | WIDE BANDWIDE DUAL TRANSCEIVER MODULE, IN PARTICULAR FOR PHASE CONTROLLED ANTENNAS IN PHASE. |
US7190270B2 (en) * | 2004-11-05 | 2007-03-13 | Zih Corp. | System and method for detecting transponders used with printer media |
TW200807799A (en) * | 2006-05-11 | 2008-02-01 | Koninkl Philips Electronics Nv | Resonator device with shorted stub and MIM-capacitor |
US7809216B2 (en) * | 2007-03-16 | 2010-10-05 | Photonic Systems, Inc. | Bi-directional signal interface and apparatus using same |
US9108434B2 (en) * | 2007-12-18 | 2015-08-18 | Zih Corp. | RFID near-field antenna and associated systems |
US8433163B2 (en) * | 2008-04-21 | 2013-04-30 | Photonic Systems, Inc | Bi-directional signal interface with enhanced isolation |
US8755750B2 (en) | 2010-05-22 | 2014-06-17 | Photonic Systems, Inc. | Wide-bandwidth signal canceller |
US10374656B2 (en) | 2012-07-30 | 2019-08-06 | Photonic Systems, Inc. | Same-aperture any-frequency simultaneous transmit and receive communication system |
US9209840B2 (en) | 2012-07-30 | 2015-12-08 | Photonic Systems, Inc. | Same-aperture any-frequency simultaneous transmit and receive communication system |
US11539392B2 (en) | 2012-07-30 | 2022-12-27 | Photonic Systems, Inc. | Same-aperture any-frequency simultaneous transmit and receive communication system |
US9935680B2 (en) | 2012-07-30 | 2018-04-03 | Photonic Systems, Inc. | Same-aperture any-frequency simultaneous transmit and receive communication system |
US10623986B2 (en) | 2015-10-22 | 2020-04-14 | Photonic Systems, Inc. | RF signal separation and suppression system and method |
US10158432B2 (en) | 2015-10-22 | 2018-12-18 | Photonic Systems, Inc. | RF signal separation and suppression system and method |
CN110197939B (en) * | 2019-06-03 | 2024-04-19 | 北京华镁钛科技有限公司 | Metamaterial adjustable capacitor structure |
RU2760761C1 (en) * | 2021-04-28 | 2021-11-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Полифер" | Lange coupler |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3004229A (en) * | 1959-02-24 | 1961-10-10 | Sanders Associates Inc | High frequency transmission line |
DE2818854A1 (en) * | 1978-04-28 | 1979-10-31 | Siemens Ag | Integrated microwave circulator with unwanted resonance suppressed - uses flat spring contacts on lower yoke part extending to base of casing and circuit board |
GB2042812A (en) * | 1979-02-02 | 1980-09-24 | Aei Semiconductors Ltd | Artificial electromagnetic delay lines |
US4229717A (en) * | 1978-09-20 | 1980-10-21 | Motorola, Inc. | Voltage controlled slow wave transmission line |
GB2056783A (en) * | 1979-06-28 | 1981-03-18 | Cise Spa | Periodic transmission structure for slow wave signals for miniaturised monolithic circuit elements operating at microwave frequency |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57197934A (en) * | 1981-05-29 | 1982-12-04 | Fujitsu Ten Ltd | Radio transmitter and receiver |
US4604591A (en) * | 1983-09-29 | 1986-08-05 | Hazeltine Corporation | Automatically adjustable delay circuit having adjustable diode mesa microstrip delay line |
-
1991
- 1991-05-24 EP EP91201234A patent/EP0459571B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-24 DE DE69113116T patent/DE69113116T2/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-27 JP JP3510377A patent/JPH05500896A/en active Pending
- 1991-05-27 US US07/820,906 patent/US5369381A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-27 WO PCT/NL1991/000085 patent/WO1991019329A1/en unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3004229A (en) * | 1959-02-24 | 1961-10-10 | Sanders Associates Inc | High frequency transmission line |
DE2818854A1 (en) * | 1978-04-28 | 1979-10-31 | Siemens Ag | Integrated microwave circulator with unwanted resonance suppressed - uses flat spring contacts on lower yoke part extending to base of casing and circuit board |
US4229717A (en) * | 1978-09-20 | 1980-10-21 | Motorola, Inc. | Voltage controlled slow wave transmission line |
GB2042812A (en) * | 1979-02-02 | 1980-09-24 | Aei Semiconductors Ltd | Artificial electromagnetic delay lines |
GB2056783A (en) * | 1979-06-28 | 1981-03-18 | Cise Spa | Periodic transmission structure for slow wave signals for miniaturised monolithic circuit elements operating at microwave frequency |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
ELECTRONICS LETTERS, vol. 26, no. 18, 30 août 1990, pages 1443-1445, Stevenage, Herts, GB; P. GAMMAND et al.: "Slow wave propagation using interconnections for IC technologies" * |
IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, vol. 8, no. 6, novembre 1965, pages 924-925, New York, US; A.S. FARBER: "Propagating signals across semiconductor wafers" * |
IEEE 1985 MICROWAVE AND MILLIMETER-WAVE MONOLITHIC CIRCUITS SYMPOSIUM - DIGEST OF PAPERS, St. Louis, 3-5 juin 1985, pages 15-17, IEEE, New York, US; D. JÄGER: "Nonlinear slow-wave propagation on periodic Schottky coplanar lines" * |
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 7, no. 49 (E-161)[1194], 25 février 1983; & JP-A-57 197 934 (FUJITSU TEN K.K.) 04-12-1982 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0637042A2 (en) * | 1993-07-27 | 1995-02-01 | Texas Instruments Incorporated | Device for affecting an input signal |
EP0637042A3 (en) * | 1993-07-27 | 1998-05-27 | Texas Instruments Incorporated | Device for affecting an input signal |
EP0795921A3 (en) * | 1996-03-12 | 1997-09-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Radio telephone |
CN102099957A (en) * | 2008-07-15 | 2011-06-15 | 松下电器产业株式会社 | Slow wave transmission line |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05500896A (en) | 1993-02-18 |
WO1991019329A1 (en) | 1991-12-12 |
DE69113116T2 (en) | 1996-04-18 |
EP0459571B1 (en) | 1995-09-20 |
US5369381A (en) | 1994-11-29 |
DE69113116D1 (en) | 1995-10-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0459571B1 (en) | Microstrip slow wave transmission line and circuit including such a line | |
EP0285503B1 (en) | Filter with distributed constant elements associating two kinds of coupling arrangements | |
EP0078187B1 (en) | High-frequency subharmonic mixing device, and its use in a h.f. frequency-converter | |
EP2184803B1 (en) | Coplanar differential bi-strip delay line, higher-order differential filter and filtering antenna furnished with such a line | |
EP0012093B1 (en) | Distributed microwave amplifier and amplifying device comprising such an amplifier | |
EP0795957B1 (en) | Device comprising a passive, 180 degree phase-shifting coupling circuit | |
EP1428294A1 (en) | Reactive coupling antenna comprising two radiating elements | |
EP0461967A2 (en) | Schottky junction semiconductor device for microwave amplification and fast logic circuits, and method of making the same | |
EP0133101B1 (en) | Interconnection device for the cells of a pre-implanted hyperfrequency integrated circuit | |
EP0124423A1 (en) | Hyperfrequency power amplifier | |
EP2614553A1 (en) | Tunable high-frequency transmission line | |
EP0596568B1 (en) | Semiconductor device comprising a monolithic integrated distribited amplifier circuit with wide bandwidth and high gain | |
EP0078188B1 (en) | Wide-band, high-frequency device for generating even order harmonics of an input signal, and its use in a hyperfrequency system | |
FR2549314A1 (en) | ADAPTATION QUADRUPOLE, INDEPENDENT OF OPERATING FREQUENCY, REACTANCE, AND PROGRESSIVE WAVE AMPLIFIER USING SUCH QUADRUPOLE | |
EP0120744A1 (en) | Analogous and aperiodical frequency divider by two | |
EP0347985B1 (en) | Active allpass ultra-high frequency circuit | |
FR2550889A1 (en) | Field-effect amplifier device operating in the microwave range, by transfer of electrons. | |
FR2662858A1 (en) | Transmission line in slow-wave mode, of the microstrip type, and circuit including such a line | |
FR2673766A1 (en) | Transmission lines in slow-wave mode, of the microstrip type, and coupler formed by such lines | |
FR2613538A1 (en) | Microwave filter | |
FR2597680A1 (en) | Semiconductor device encompassing a distributed mixer-amplifier circuit | |
FR2507017A1 (en) | Microcircuit assembly for multistage microwave TV signal amplifier - comprises silicon base covered by insulating layer and supporting transistor chips interconnected by lines formed by metallisations | |
FR2539933A1 (en) | Switchable filter for microwaves | |
EP0921633B1 (en) | Improved frequency shifter with low power dissipation | |
FR3060864A1 (en) | SLOW WAVE TRANSMISSION LINE IN MEANDRES |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 19920604 |
|
17Q | First examination report despatched |
Effective date: 19940505 |
|
GRAA | (expected) grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: B1 Designated state(s): DE FR GB |
|
REF | Corresponds to: |
Ref document number: 69113116 Country of ref document: DE Date of ref document: 19951026 |
|
GBT | Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977) |
Effective date: 19951215 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: FR Ref legal event code: CJ Ref country code: FR Ref legal event code: CD |
|
PLBE | No opposition filed within time limit |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT |
|
26N | No opposition filed | ||
REG | Reference to a national code |
Ref country code: FR Ref legal event code: TP |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: IF02 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Payment date: 20020719 Year of fee payment: 12 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: FR Payment date: 20030526 Year of fee payment: 13 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GB Payment date: 20030529 Year of fee payment: 13 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20031202 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GB Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20040524 |
|
GBPC | Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee |
Effective date: 20040524 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: FR Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20050131 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: FR Ref legal event code: ST |