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Patent 2457009 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent Application: (11) CA 2457009
(54) English Title: MICROWAVE RESONANT CIRCUIT AND TUNABLE MICROWAVE FILTER USING SAME
(54) French Title: CIRCUIT RESONANT HYPERFREQUENCE ET FILTRE HYPERFREQUENCE ACCORDABLE L'UTILISANT
Status: Dead
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • H01P 1/217 (2006.01)
(72) Inventors :
  • TANNE, GERARD (France)
  • SALAHUN, ERWAN (France)
  • QUEFFELEC, PATRICK (France)
  • ACHER, OLIVIER (France)
  • ADENOT, ANNE LISE (France)
(73) Owners :
  • COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE (France)
  • UNIVERSITE DE BRETAGNE OCCIDENTALE (France)
(71) Applicants :
  • COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE (France)
  • UNIVERSITE DE BRETAGNE OCCIDENTALE (France)
(74) Agent: GOUDREAU GAGE DUBUC
(74) Associate agent:
(45) Issued:
(86) PCT Filing Date: 2002-07-31
(87) Open to Public Inspection: 2003-02-13
Examination requested: 2007-05-11
Availability of licence: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): Yes
(86) PCT Filing Number: PCT/FR2002/002762
(87) International Publication Number: WO2003/012915
(85) National Entry: 2004-01-30

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
0110395 France 2001-08-02

Abstracts

English Abstract

The invention concerns a microwave resonant circuit and a tunable microwave filter using said resonant circuit. The resonant circuit comprises at least a resonant microwave strip element, the resonant microwave strip element including at a conductive strip (1) and a ground plane (4). The resonant circuit comprises at least a composite element (3) consisting of alternating ferromagnetic layers and insulating layers placed between the conductive strip and the ground plane. The invention is generally applicable to any transmission/reception device using a frequency tuning in the microwave domain such as, for example, multiband mobile telephones.


French Abstract




L'invention concerne un circuit résonant hyperfréquence et un filtre
hyperfréquence accordable utilisant le circuit résonant. Le circuit résonant
comprend au moins un élément de ligne microbande résonant, l'élément de ligne
microbande résonant comprenant un ruban conducteur (1) et un plan de masse
(4). Le circuit résonant comprend au moins un élément composite (3) constitué
d'une alternance de couches ferromagnétiques et de couches isolantes placé
entre le ruban conducteur et le plan de masse. L'invention s'applique, de
façon générale, à tout dispositif d'émission/réception qui met en oeuvre un
accord de fréquence dans le domaine des hyperfréquences tel que, par exemple,
les téléphones mobiles multi-bandes.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.



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REVENDICATIONS
1. Circuit résonant hyperfréquence comprenant
au moins un élément de ligne microbande résonant (1, 6,
5, 7, 10), l'élément de ligne microbande résonant
comprenant un ruban conducteur et un plan de masse,
caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément
composite (3, 8, 12) constitué d'une alternance de
couches ferromagnétiques et de couches isolantes placé
entre le ruban conducteur et le plan de masse.
2. Circuit résonant selon la revendication 1,
caractérisé en ce que l'élément de ligne microbande
résonant est un stub en circuit ouvert (1) ou en court-
circuit monté en parallèle d'une, ligne principale (2).
3. Circuit résonant selon la revendication 1,
caractérisé en ce que l'élément de ligne microbande
résonant est un élément de ligne de longueur
sensiblement égale à .lambda.g/2 (10), .lambda.g étant la longueur de
l'onde qui se propage dans l'élément de ligne, couplé à
une ligne principale par couplage capacitif.
4. Circuit résonant selon la revendication 1,
caractérisé en ce que l'élément de ligne microbande
résonant est constitué d'un élément de ligne de
longueur L (5), placé entre un premier ensemble de
lignes couplées (6) et un deuxième ensemble de lignes
couplées (7), la longueur totale de l'ensemble formé
par l'élément de ligne microbande et par les premier et
deuxième ensembles de lignes couplées étant
sensiblement égale à .lambda.g/2, .lambda.g étant la longueur de
l'onde qui se propage dans l'élément de ligne.


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5. Circuit résonant selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que
l'élément composite (3, 8, 12) a une forme de
parallélépipède rectangle dont la largeur est
sensiblement inférieure à la largeur du ruban, le
parallélépipède rectangle étant positionné de façon
centrée sous le ruban.
6. Circuit résonant selon la revendication 5,
caractérisé en ce que l'élément composite (3, 8, 12) a
une épaisseur comprise entre 50% et 100% de la distance
qui sépare le ruban du plan de masse.
7. Circuit résonant selon l'une quelconque des
revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les couches
isolantes de l'élément composite sont faites en kapton
ou en mylar.
8. Filtre hyperfréquence accordable en
fréquence comprenant au moins un circuit résonant,
caractérisé en ce que le circuit résonant est un
circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 7
et en ce qu'il comprend des moyens pour appliquer un
champ magnétique à l'élément composite.
9. Filtre hyperfréquence selon la revendication
8, caractérisé en ce que les moyens pour appliquer un
champ magnétique, comprennent au moins une bobine
parcourue par un courant et/ou un aimant permanent.
10. Filtre hyperfréquence selon l'une
quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce
que le matériau ferromagnétique est du CO87Nb11, 5Zr1,5.
11. Filtre hyperfréquence selon la
revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour
appliquer un champ magnétique sont des moyens


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d'application d'une contrainte mécanique sur l'élément
composite et en ce que les couches ferromagnétiques
sont faites en un matériau magnétostrictif.
12. Filtre hyperfréquence selon la
revendication 11, caractérisé en ce que le matériau
magnétostrictif est un alliage de FeCoSiB, à
l'exception des compositions dont le rapport entre le
taux de cobalt (Co) et le taux de fer (Fe) est compris
entre 2 et 10%.

Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.



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1
CIRCUIT RÉSONANT HYPERFRÉQUENCE ET FILTRE
HYPERFRÉQUENCE ACCORDABLE UTILISANT LE CIRCUIT RÉSONANT
Domaine technique et art antérieur
L'invention concerne un circuit résonant
hyperfréquence ainsi qu'un' filtre hyperfréquence
accordable en fréquence utilisant le circuit résonant.
L'invention s'applique à tout dispositif
d'émission/réception mettant en ceuvre un accord de
fréquence à partir d'une commande magnétique ou
mécanique dans le domaine des hyperfréquences tel que,
par exemple, les téléphones mobiles multi-bandes.
Le développement des applications.
hyperfréquences requiert l'utilisation de fonctions
hyperfréquences de plus en plus performantes
(performances radioélectriques accrues, consommâtion
plus faible, miniaturisation importante, agilitê en
fréquence, coûts de fabrication et de câblage faibles).
Les filtres accordables en fréquence
constituent une famille de fonctions hyperfrêquences
particuliêrement importante. I1 existe différentes
façons de réaliser des filtres accordables en fréquence
selon l'art connu.
L'accord en frêquence peut, par exemple, être
obtenu à l'aide de composants électroniques du type
diode (diode varactor ou diode PIN). Les filtres à
composants électroniques prêsentent alors des pertes
d'insertion significatives et des niveaux de bruit
élevés dus à l'utilisation des composants
électroniques.
Des filtres accordables en fréquence peuvent


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également être réalisés avec des matériaux
ferroélectriques. Ces filtres ont l'avantage de
présenter des niveaux de bruit relativement faibles
mais nécessitent des tensions de commande qui peuvent
être élevées et sont caractérisés par des, pertes
d'insertion importantes.
Des filtres accordables utilisant un matériau
magnétique sont également connus.
Les filtres utilisant des matériaux
ferrimagnétiques, comme des ferrites ou des grenats
d'yttrium (YIG), sont les plus répandus. Ils présentent
l'inconvénient de nécessiter un champ magnétique
statique de commande important, ce qui: implique
l'utilisation de bobines parcourues par un courant
d'intensité élevée. Leur fonctionnement, basé sur
l'êvolution de la perméabilité gyromagnétique sous
l'effet d'un champ externe, nécessite de vaincre un
champ appelé "champ~démagnétïsant" pour créer un champ
magnétique donné à l'intérieur du composant magnétique.
Le champ de commande doit être égal au champ interne,
augmentë du champ dêmagnétisant. Pour des matériaux
massifs, le champ démagnétisant peut être calculé en
fonction de la.forme de l'échantillon. Considêrons par
exemple un parallélépipède aplati de ferrite dont le
rapport hauteur sur côté vaut 1/10. Le champ
démagnêtisant peut alors atteindre des valeurs de
l'ordre de 7s de l'aimantation à saturatiôn. Pour un
ferrite, cela représente un champ de commande de
l'ordre de 24 kA/m à rajouter au champ utile. De telles
valeurs sont pénalisantes.
Les matériaux férromagnétiques sont aussi


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utilisés pour réaliser des filtres hyperfréquence.
Contrairement aux ferrites, le caractère conducteur des
matériaux ferromagnêtiques impose des contraintes
supplémentaires pour éviter que des pertes par
conductivité ne s'opposent â la propagation des ondes.
Des filtres en ligne microbande ont été réalisés qui
comprennent une ou plusieurs couches ferromagnétiques
(cf. "Tuneable microstrip device contralled by a weak
magnetic field using ferromagnetic laminations"
A.L.Adenot, O.Acher, T Taffary, P. Quéffélec, G.Tanné,
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 1 May 2000).
La ou les couches de matériau ferromagnétique sont
insérées entre le port d'entrée et le port de sortie
d'une ligne microbande. Les filtres ainsi réalisés sont
des filtres stop-bande dont la largeur de bande est
uniquement fonction de la largeur de la raie
d'absorption gyromagnétique du matériau
ferromagnétique. Le filtrage est alors dû aux pertes
sélectives que présente le matériau ferromagnétique. La
largeur de la raie d'absorption est de l'ordre de
quelques centaines de MHz et ne peut quasiment pas être
modif iée .
L'invention ne présente pas les inconvénients
et limitations des différents filtres connus mentionnés
ci-dessus.
Exposé de l'invention .
L'invention concerne un circuit rêsonant
hyperfréquence comprenant au moins un élêment de ligne
microbande résonant, l'êlément de ligne microbande
résonant comprenant un ruban conducteur et un plan de


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masse. Le circuit rêsonant hyperfréquence comprend au
moins un êlément composite constitué d'une alternance
de couches ferromagnétiques et de couches isolantes
placé entre le ruban conducteur et le plan de masse.
L'invention concerne également un filtre
hyperfréquence accordable en fréquence comprenant au
moins un circuit résonant hyperfréquence. Le circuit
résonant hyperfréquence est un circuit résonant selon
l'invention et le filtre hyperfrêquence comprend des
moyens pour appliquer un champ magnétique à l'élêment
composite.
Dans la suite de 1a description, un élément
composite constitué d'une alternance de couches
ferromagnétiques et de couches isolantes sera également
référencé par l'acronyme LIFT pour "Lamellaire Isolant
Ferromagnétique sur la Tranche". Un tel élément
composite est décrit, par exemple, dans le brevet
français intitulé « Composite hyperfréquence
anisotrope ~ publié sous le N°2 698 479.
L'élément de ligne microbande résonant peut
être, par exemple, un stub en circuit ouvert ou en
court-circuit de longueur respective ?~,g/4 ou ~,g/2 ou un
' élément de ligne de longueur sensiblement égale â 7~,g/2,
étant la longueur de l'onde qui se propage dans
l'élément de ligne. Comme cela est connu de l'homme de
l'art, il faut entendre par "stub" un élément de ligne
en circuit ouvert ou en court-circuit placé en
dérivation d'une ligne de propagation principale.
Les couches ferromagnétiques et isolantes sont
empilées parallèlement au ruban conducteur et au plan
de masse. De façon préférentielle, les couches


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ferromagnétiques ont une épaisseur comprise entre
0,05~.m et 2~m et les couches isolantes ont une
épaisseur comprise entre 2~.m et 50~.m. La fraction
volumique en ferromagnétique est préférentiellement
5 comprise entre 0,2 % et 20%. De façon préférentielle
également, le produit de la susceptibilité du matériau
ferromagnétique ~u-1~ par la fraction volumique en
ferromagnétique f est compris entre 0,5 et 300.
L'aimantation à saturation des couches ferromagnétiques
est préférentiellement supêrieure à 400kA/m.
Une structure LIFT comprend, par exemple, un
empilement de couches ferromagnétiques dêposées sur un
substrat souple de mylar ou de kapton. Les couches
empilées sont collées l'une à l'autre pour atteindre,
par exemple, une épaisseur d'empilement comprise entre
50% et 100% de l'ëpaisseur totale du substrat de la
ligne microbande.
L'utilisation d'un composite LIFT permet
avantageusement de commander l'accord en frëquence avec
des champs magnétiques relativement faibles. De façon
préférentielle, le champ magnétique est compris entre
80A/m et 25kA/m. Cela permet également une réalisation
en grande série plus aisée et beaucoup moins onéreuse
que l'utilisation de matériau ferrimagnétique.
Le dispositif pour commander la fréquence de
résonance et la pexmêabilité gyromagnétique des
composites LIFT peut ~étre constitué d'une source de
champ magnétique statique agissant sur le LIFT dans une
direction parallêle aux couches ferromagnétiques. La
source de champ magnétique peut être, par exemple, un


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s
système de bobines parcourues par un courânt ou un
aimant permanent.
La commande en fréquence peut également être
réalisée par une contrainte appliquée sur le LIFT,
parallèlement au plan des couches ferromagnétiques.
Dans ce cas, les couches ferromagnétiques qui
constituent le LIFT doivent avoir un coefficient de
magnétostriction non négligeable, par exemple de
l'ordre de 3 à 35 10-6 en valeur absolue. La contrainte
appliquée permet alors de modifier l'intensitê et la
direction du champ interne aux couches
ferromagnétiques. La contrainte exercée peut être, par
exemple, comprise entre 10 et 800Mpa.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de
rêalisation préférentiel de l'invention fait en
rêférence aux figures jointes, parmi lesquelles .
- la figure 1 représente, â titre d'exemple, la
perméabilité relative mesurée d'une couche de film
ferromagnétique ;
- la figure 2 représente, à titre d'exemple, le
coefficient de transmission d'une structure constituée
d'une ligne microbande et d'un composite LIFT en
fonction de la fréquence, pour différentes largeurs de
ligne ;
- les figures 3A et 3B représentent un premier
exemple de réalisation de circuit rêsonant
hyperfréquence selon l'invention ;


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- la figure 4 représente . le coefficient de
transmission d'un filtre hyperfréquence accordable en
fréquence comprenant un circuit résonant tel que
représenté aux figures 3A et 3B ;
- la figure 5 représente un circuit résonant
hyperfréquence de type rêsonateur à saut d'impédance
selon l'invention ;
- la figure 6 représente les réponses en
réflexion et en transmission d'un filtre hyperfréquence
accordable en fréquence comprenant un circuit résonant
tel que représenté en figure 5,~
- la figure ? représente un circuit résonant
hyperfréquence à couplage capacitif selon l'invention.
Sur toutes les figures, les mêmes repères
désignent les mêmes éléments.
Description détaillêe de modes de mise en oeuvre de
l'invention
La figure 1 représente la perméabilité relative
mesurée d'une couche de film ferromagnétique. A titre
d'exemple non limitatif, la couche de film
ferromagnétique a une êpaisseur de 0,43um.
Comme cela est connu de l'homme de l'art, la
perméabilité relative u d'un milieu est représentée. par
un nombre complexe .
u = u' - J u"
La figure 1 reprêsente la partie réelle u' et
la partie imaginaire u" de la perméabilité relative u
en fonction de la fréquence.
La fréquence de résonance propre du matériau
ferromagnétique est caractêrisée par le passage à 1 de


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la partie réelle u' et par une valeur maximale pour la
partie imaginaire u". Dans l'exemple de la figure 1, la
fréquence.de résonance se situe autour de 1,6 GHz. La
largeur du pic de la perméabilité imaginaire u" est
typiquement de quelques centaines de MHz (par exemple
700 MHz dans le cas étudié).
A quelques centaines de MHz en dessous de la
fréquence de résonance gyromagnétique, la perméabilité
relative est essentiellement réelle. I1 y a donc peu ou
pas de pertes. Avantageusement, c'est dans cette zone
de fréquences que le matëriau ferromagnétique est
utilisé selon l'invention.
La figure 2 représente, à titre d'exemple, le
coefficient de transmission d'une structure constituée
d'une ligne microbande et d'un composite LIFT en
fonction de la frêquence, pour différentes largeurs de
ligne. Le coefficient de transmission est exprimé en
dêcibels (S21(dB)) pour trois largeurs de ligne
dif f érentes (W1=3 , 3mm ; W2=~4 , 2mm ; W3=6mrn) .
De façon connue, une ligne microbande est
constituée d'.un ruban conducteur et d'un plan de masse,
le ruban conducteur et le plan de masse étant séparés
par un milieu diélectrique. Dans la structure dont les
mesures sont illustrées en figure 2, le composite
ferromagnêtique est placé entre le ruban conducteur et
le plan de masse de la ligne microbande. Dans l'exemple
choisi, la largeur du ruban est égale à 4,2mm.
L'utilisation de composites ferromagnétiques
lamellaires en hyperfréquence entraîne des pertes dues
â l'apparition de courants induits dans les couches
ferromagnêtiques. Ces courants induits résultent de la


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présence de composantes du champ électrique
hyperfréquence dans le plan des couches
ferromagnétiques. Pour limiter ces pertes, il apparaît
clairement sur la figure 2, que le ruban doit avoir une
5. largeur supérieure ou égale â celle du composite
ferromagnêtique LIFT. La réponse du dispositif mesuré
montre en effet que pour . une largeur de ruban
inférieure à la largeur du composite LIFT (W1=3,3mm),
le niveau de pertes d'insertion est plus important en
haute fréquence (c'est-à-dire au-delà du pic
d'absorption) que pour une largeur de ruban égale ou
supérieure à la largeur du composite ferromagnétique
( WZ=4 , 2mm ; W3=6mm) .
Par ailleurs, la fréquence de résonance est
sensible à l'effet des champs dëmagnétisants
dynamiques. Ces champs ont pour effet de décaler la
fréquence d'absorption magnêtique vers les hautes
frêquences. Ce décalage de la fréquence de résonance
est engendré par la création de pôles magnétiques à la
surface du composite ferromagnétique lorsque le champ
magnétique hyperfréquence pénètre et sort du substrat
magnétique. L'étude numérique des caractéristiques
gêométriques de la ligne permet de contrôler cette
frêquence de résonance.
Les figures 3A et 3B représentent un premier
exemple de réalisation de circuit résonant
hyperfréquence selon l'invention. La figure 3A est une
vue de dessus du circuit résonant et la figure 3B est
une vue selon la coupe AA' de la figure 3A.
Ce premier exemple de circuit résonant montre
la faisabilité d'un filtre du premier ordre de type


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coupe-bande à fréquence variable selon l'invention.
L'agilité en fréquence est alors assurée par les
variations des propriétés magnétiques du composite LIFT
sous l'action d'un champ statique extérieur Ho ou d'une
5 contrainte extérieure.
Un ruban 1 de largeur WR est monté en
dérivation d'un ruban 2 de largeur W correspondant
typiquement aux impédances d'entrêe et de sortie du
dispositif. Un composite LIFT 3 est placé entre le
10 ruban 1 et le plan de masse 4. Le ruban 1 de largeur WR
monté en parallèle du ruban 2 constitue un élément de
ligne résonant.
La fréquence de résonance de la fonction couge
bande est commandée par la longueur L et la largeur WR
du ruban 1 et. par les paramètres intrinsèques
(permittivité et perméabilité) du milieu qui sépare le
ruban 1 du plan de masse 4.
Lorsque l'un de ces paramêtres est modifié par
l'application d'une perturbation extérieure,
l'impédance ramenée dans le plan de dérivation est
différente et la fréquence' de résonance est alors
modifiée. A l'état désaimanté, l'impédance du matériau
est forte, en raison de la valeur élevée de la
perméabilité. Lorsque le matériau est saturé,, la
perméabilité relative tend vers 1 et la fréquence de
résonance tend vers celle calculée pour un substrat
diélectrique. Une fonction coupe-bande agile en
fréquence à commande magnétique peut ainsi être
réalisée. La figure 4 illustre ainsi le coefficient de
transmission en décibels (S21 dB) d'un filtre
hyperfréquence utilisant un circuit résonant tel que


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représenté aux figures 3A et 3B pour différentes
valeurs du champ magnétique appliqué Ho (Ho varie de 0
A/m à 20 kA/m).
L'intérêt du dispositif de filtrage selon
S l'invention est de pouvoir maîtriser, dans une certaine
limite, la largeur de bande du filtre. En effet, la
largeur de bande du filtre dépend avantageusement des
caractêristiques électriques du "stub",par exemple sa
longueur et sa largeur. Les dispositifs de filtrage de
l'art connu qui utilisent un matériau ferromagnétique
ne présentent pas cet avantage puisqu'ils n'utilisent
que les pertes gyromagnétiques pour fixer la largeur de
bande. Selon l'invention, il est ainsi possible, par
exemple, de réduire la largeur de bande en doublant la
longueur du stub et en remplaçant le 'circuit ouvert par
un court-circuit (la largeur de bande à -3 dB est àlors
divisée par un facteur d'au moins 2).
Le composite LIFT 3 est constitué d'un ensemble
de couches qui constitue, par exemple, un
parallélépipêde rectangle. Chaque couche est
constituêe, par exemple, d'un dêpôt de ferromagnétique
amorphe de Coe~Nbll,sZri,s, d'épaisseur 0,43 um et
d'aimantation à saturation 875 kA/m sur un substrat
kapton d'épaisseur e = l2um. Le dêpôt est réalisé, par
exemple, par pulvérisation cathodique magnétron, sous
vide, du matériau ferromagnétique sur un film de kapton
déroulé en continu devant le magnêtron. Le champ
magnétique résiduel du magnétron présent au niveau du
substrat oriente l'aimantation du matériau dans. une
direction privilêgiée de son plan. Cette direction est
appelêe "axe de facile aimantation". A des fréquences


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de l'ordre de 100 MHz et au-delà, la perméabilité
relative à un champ hyperfréquence appliqué selon la
direction de facile aimantation est proche de l'unitê,
alors qu'elle présente des niveaux élevés dans la
direction du plan de la courbe orthogonale ~â la
direction de facile aimantation.
Le champ magnêtique de commande Ho peut être
appliqué à l'aide de moyens classiques d'application
d'un champ, tels qu'une ou plusieurs bobines, avec ou
sans pôles magnétiques ou un aimant permanent. Le champ
Ho est appliqué sur un volume faible (de l'ordre de
grandeur du volume du LIFT), ce qui entraîne
avantageusement une faible consommation du circuit de
commande. L'intensité du champ magnétique statique peut
alors être, par exemple, inférieure ou égale à 20 kA/m.
Une variante de f filtre selon l' invéi~.tion
consiste à accorder le filtre non plus à l'aide d'une
commande magnétique mais à l'aide d'une contrainte
mêcanique.
Dans ce cas, le composant LIFT est réalisé non
pas à partir \ d'une couçhe de CoNbZr, dont le
coefficient de magnétostriction est faible, mais avec
un matêriau plus fortement magnétostrictif, tel qu'un
alliage FeCoSiB, à l'exception des ,compositions dont le
rapport entre le taux de fer et le taux de Cobalt est
compris entre 2 et 10%, pour lequel il est connu que le
coefficient de magnétostriction est assez faible. Un
alliage de type Fe66Co18Si1B14 présente par exemple un
coefficient de magnétostriction de l'ordre de 30.10-6,
alors que le CoNbZr de l'exemple précédent prêsente un
coefficient de magnétostriction de l'ordre de 10-6. Ce


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matériau présente en outre l'avantage d'avoir une
aimantation â saturation élevée, de 1430 kA/m. I1 est
connu qu'une contrainte mécanique est êquivalente à un
champ magnétique extérieur qui vient se rajouter ou se
retrancher au champ d'anisotropie de la couche (selon
le signe et la direction d'application de la
contrainte?. Dans. l'exemple précédent, une contrainte
de 1 MPa en compression dans le plan de ,la couche est
équivalente à un champ externe de l'ordre de 56 A/m
appliqué dans le plan de la couche, perpendiculairement
â 1a contrainte. Le champ externe équivalent est
proportionnel à la contrainte. On obtient donc
l'équivalent d'un champ magnétique extérieur de
' commande de 8kA./m, en exerçant une contrainte de
l'ordre de 140 MPa dans le ferromagnétique. Comme le
substrat souple a un module beaucoup plus faible que le
ferromagnétique, la contrainte moyenne à exercer sur le
LIFT est plus faible que ces valeurs, de l'ordre de
8MPa pour un LIFT composé d'une couche ferromagnétique
d'épaisseur 0.4um sur substrat mylar de l2um. Les
forces en jeux, compte tenu de la faible dimension des
LIFT, sont donc avantageusement très faibles et rendent
la commande piézo-électrique efficace.
Pour appliquer la contrainte, on peut utiliser
un dispositif piézo-électrique, â commande électrique,
qui vient contraindre le composite LIFT et ainsi
changer les caractéristiques de l'accord.
Une épaisseur de ferromagnêtique de 0,43 um a
préférentiellement été choisie car, pour le matériau
considéré, augmenter notablement l'êpaisseur conduirait
à faire apparaître des pertes supplêmentaires en


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dessous de la fréquence de résonance (pertes liées à
l'effet de peau) et diminuer notablement cette
épaisseur rêduirait significativement le taux de charge
en ferromagnétique du LIFT et donc les niveaux de
permëabilité. I1 faut toutefois noter qu'il est
possible de maintenir ou d'augmentèr le niveau de
perméabilité du LIFT même avec des épaisseurs de
ferromagnétique plus faibles, â condition de diminuer
l'épaisseur d'isolant du LIFT (l'épaisseur de l'isolant
est donnée par la somme de l'épaisseur de colle et de
l'épaisseur du substrat diélectrique sur lequel est
déposée la couche ferromagnétique). I1 est ainsi
possible d'utiliser des couches diëlectriques de mylar
d'épaisseur 3,5 um, voire 1,6 um, pour déposer le
matériau ferromagnétique.
Le dépôt ferromagnétique sur film souple est
structuré sous la'forme d'un empilement â l'aide d'une
colle époxyde, l'épaisseur de colle ne dépassant pas
5 um. L'êpaisseur du composite multicouche est choisie
pour être légèrement inférieure à l'épaisseur du
substrat de la ligne microruban, à savoir 0,625 mm dans
l'exemple présenté. Ensuite, des piëces
parallélépipédiques de matériaux LIFT sont usinées aux
dimensions voulues, de manière à placer les lamelles
ferromagnétiques parallèles au plan de masse de la
ligne microruban..
La figure 5 reprêsente un circuit rêsonateur à
saut d'impédance selon l'invention. Un filtre
hyperfréquence qui utilise un résonateur à saut
d'impêdance sera par la suite également appelé filtre
SIR (SIR pour "Stepped Impedance Resonator").


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Le principal intérêt des filtres SIR réside
dans leur flexibilité de mise en oeuvre et,
particuliêrement, la possibilité de s'affranchir en
partie de contraintes technologiques en déterminant un
5 rapport d'impédances caractéristiques entre sections
adjacentes facilement synthétisables. Les filtres SIR
ont le dêsavantage de prësenter des remontées parasites
aux fréquences harmoniques. I1 est montré (cf.
"Improvement of global performances of band-pass
10 filters using non-conventionna) stepped impedance
resonators", S.Denis ; C.Person ; S.Toutain ;
S.Vigneron ; B.Théron ; EUMC, 5-7 october 1998,
Amsterdam, p.323, vol.2) que l'utilisation de
résonateurs à saut d'impédance non conventionnels,
15 c'est-à-dire avec une décomposition aléatoire des
résonateurs, ouvre des perspèctives nouvelles, tant
pour le contrôle des remontéès parasites que pour la
maîtrise des pertes et des effets parasites.
Les filtres SIR selon l'invention permettent
avantageusement de supprimer l'existence d'une partie
des remontées parasites. La suppression des remontées
parasites est alors obtenue en faisant coincider ces
dernières. avec la résonance gyromagnétique du matériau
LIFT. I1 est alors possible de réaliser un filtre à
fréquence variable tout en maîtrisant les premiêres
remontées parasites.
La topologie d'un filtre SIR selon l'invention
est représentée en figure 5. Un ruban 5 de longueur L
est compris entre un premier ensemble de lignes
couplées 6 et un deuxièmé ensemble de lignes couplées
7. L'êlêment LIFT 8 est placé sous le ruban 5.


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L' ensemble formé par les lignes couplées 6 et 7 et le
ruban 5 forme le résonateur de longueur totale
sensiblement égale à ~,g/2. En pratique, en fonction du
rapport d'impédance, la longueur du résonateur, sera
légèrement supêrieure ou infêrieure à ~j2.
Prëfêrentiellement, l'élément LIFT est centré
entre les deux ensembles de lignes couplées pour ne pas
modifier la bande passante du filtre qui est
essentiellement fixée par le., niveau de couplage des
lignes couplées. Ainsi, par application d'un champ
magnétique statique, seule la fréquence centrale du
filtre est modifiée par variation de la longueur
électrique de la ligne îi,g/2. Les couplages d'entrée et
de sortie ne sont pas perturbés par le champ magnétique
et la bande passante du filtre reste quasiment
insensible au champ stâtique appliqué. Le filtre est
réalisé, par exemple, sur un substrat Arlon (~==3.5)
afin d'avoir une permittivité du substrat proche de
celle du composite LIFT et ainsi diminuer les
discontinuités électromagnétiques. Les réponses
mesurées pour différentes valeurs du champ magnétique
statique sont présentées à la figure 6.
La figure 6 représente, en. fonction de la
fréquence, les coefficients de réflexion S11(dB) et de
transmission S21 (dB), en décibels, d'un filtre
hyperfréquence qui utilise un circuit résonant tel que
représenté en figure 5 pour différentes valeurs. du
champ magnétique appliqué Ho (Ho varie de 0 A/m à
20 kA/m) .
Une variation de ~ 24% est obtenue autour de
fo=1.08 GHz. I1 apparaît clairement, sur la figure 6,


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que la largeur de la bande filtrée est nettement plus
faible que la largeur du pïc de pertes gyromagnétiques,
ce qui illustre bien l'intérêt et la versatilité des
filtres selon l'invention, par rapport aux filtres
magnétiques accordables existants.
Pour améliorer la réponse du filtre en ce qui
concerne le niveau de pertes d'insertion, les
caractéristiques géomêtriques de la ligne microruban et
du matériau sont prises en compte comme précédemment
décrit.
La figure 7 reprêsente un troisiême exemple de
circuit résonant selon l'invention. Le circuit
représenté en figure 7 est un circuit à couplage
capacitif et â résonateur îl,g/2. Un élêment de ligne 10
de longueur î~,g/2 est compris entre deux lignes 9 et 11.
Le couplage capacitif est réalisé par un premier espace
e1 qui sépare la ligne 9 et l'élément de ligne 10 et un
deuxième espace e2 qui ségare la ligne 9 et l'élément
de ligne 11. Un composite LIFT 12 est placé, de façon
centrale, sous l'élément de ligne 10.

Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
Administrative Status

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Administrative Status

Title Date
Forecasted Issue Date Unavailable
(86) PCT Filing Date 2002-07-31
(87) PCT Publication Date 2003-02-13
(85) National Entry 2004-01-30
Examination Requested 2007-05-11
Dead Application 2009-07-31

Abandonment History

Abandonment Date Reason Reinstatement Date
2008-07-31 FAILURE TO PAY APPLICATION MAINTENANCE FEE

Payment History

Fee Type Anniversary Year Due Date Amount Paid Paid Date
Registration of a document - section 124 $100.00 2004-01-30
Application Fee $400.00 2004-01-30
Maintenance Fee - Application - New Act 2 2004-08-02 $100.00 2004-06-23
Maintenance Fee - Application - New Act 3 2005-08-01 $100.00 2005-06-23
Maintenance Fee - Application - New Act 4 2006-07-31 $100.00 2006-06-23
Request for Examination $800.00 2007-05-11
Maintenance Fee - Application - New Act 5 2007-07-31 $200.00 2007-06-27
Owners on Record

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Current Owners on Record
COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE
UNIVERSITE DE BRETAGNE OCCIDENTALE
Past Owners on Record
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ADENOT, ANNE LISE
QUEFFELEC, PATRICK
SALAHUN, ERWAN
TANNE, GERARD
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Document
Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
Number of pages   Size of Image (KB) 
Abstract 2004-01-30 2 92
Drawings 2004-01-30 4 91
Claims 2004-01-30 3 93
Description 2004-01-30 17 693
Representative Drawing 2004-01-30 1 30
Cover Page 2004-03-29 1 48
PCT 2004-01-30 6 200
Assignment 2004-01-30 5 161
PCT 2004-01-31 2 61
Fees 2004-06-23 1 39
Fees 2005-06-23 1 36
Fees 2006-06-23 1 46
Prosecution-Amendment 2007-05-11 1 36
Fees 2007-06-27 1 49