Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
~ i7
La présente invention concerne des resistances
à constantes réparties pour charges a forte dissipation
en hyp~rfrequence pouvant 8tre utilisees dans la confec-
tion d'atténuateurs ou de charges adaptées fonctionnant
dans une bande de fréquences s'étendant jusqu'a 10
Gigahertz.
L'art anterieur relatif a de telles résistances
sera décrit ci-après en détail pour mettre en evidence
les désavantages des techniques antérieures afin de
mieux définir de quelle façon les résistances selon la
présente invention se distinguent de telles techniques
antërieures.
Tel qu~il apparaltra à la lecture de cette des-
- cription de l'art connu, l'inconvenient des techniques
antérieures réside dans le fait qu'il y a création de
poin~s chauds et con~ne la limite en puissance d'une
resistance est la limite en puissance de la tranche la
plus defavorable, il en resulte une capactie de dissi-
pation non optimale~
Les résistances selon la présente invention
remédient à cet: inconvénient. Celles-ci en effet dissi-
pent la puissance sous forme de chaleur uniformément
sur leurs surfaces extérieures, ce qui autorise une plus
grande dissipation de puissance calorifique a encombre-
ment équivalent de celui de l'art anterieur.
L'invention a plus particulierement pour objet
des résistances en constantes réparties pour charges a
forte dissipation en hyperfréquence qui comportent sur
une face d'un substrat isolant une première couche
resistive formant une résistance serie de faible résistan-
ce de surface et au moins une seconde couche résistive
formant une résistance parallele de résistance de sur-
face élevée, la résistance parallele etant en contact
avec une zone métallisée conductrice en contact par un
bord du substrat avec une plaque de masse conductrice
,.. ~ .. ~,, ,j
recouvrant une autre face dudit substrat, caracterisées
par le fait que la premiere couche résistive est en forme
d'un secteur de cercle a~ant un arc extérieur ~ui sert
d'entree (E) ~ une puissance en hyperfre~uence et ayant
au moins un rayon jux~aposé ~ au moins une resistance
parallele formee par ladite au moins une seconde couche
résistive ~egalement en forme de secteur de cercle.
Selon une particularité d'une mi~e en oeuvre
preferée de l'invention ladite premiere couche résistive
presente une resistance ~inéique élémentaire croissante
et ladite seconde couche resistive presente une résistan~
ce lineique elementaire décro~ssante, le coefficient
d'attenuation linéique étant progressivement variable et
croissant à partir de l'entrée de telle sorte que la
; 15 puissance dissipee soit repartie d'une fason uniforme
sur l'ensemble des couches résistives.
Dans une application possible et avantageuse de
l'invention, lesdites résistances constituent un attenua-
teur dont la sortie realisee en contact metallise est
en contact avec un arc interieur de ladite resistance
; serie a proximite du centre du secteur de cercle et a
l'oppose du contact metallise d'entree en contact avec
ledit arc exterieur.
Dans une variante possible, lesdites resistances
constituent une charge adaptee dont le centre des secteurs
de cercle de resistance serie et résistances parallele
est disposé matériellement sur ledit substrat~ l'entree
de ladite charge etant un contact metallise en contact
avec l'arc e~terieur.
En se referant aux figures schemati~ues
ci-jointes il sera decrit ci-apres une exemple prefere
de mise en oeuvre de la presente invention, exemple donne
a titre purement illustratif et nullement limitatif.
Dans ces figures annexees:
~A.
~ t
La figure 1 représente un schéma électrique selon
l'art antérieur de resistances itératives disposées en
cellules dissymétriques.
~ a figure 2 représente un schéma électrique selon
llart antérieur de résistances itératives disposées en
cellules symétriques.
La figure 3 représente une vue schématique en
perspective d'un atténuateur selon l'art antérieur
realisé avec des couches résistives en constantes réparties
a coefficient d'atténuation constan~.
La figure 4 represe~te une vue en plan schematique
d'un atténuateur réalisé selon llinvention avec des
couches résistives a constantes réparties a coefficient
d'atténuation croissant.
La figure 5 représen~-e un schéma électrique de
l'attenuateur de la figure 4.
La figure 6 représente une vue en plan schémati-
que d'une charge adaptée réalisee selon l'invention avec
des couches resistives a constantes reparties à coeffi-
cient d'attenuation croissant.
Le schema electrique equivalent de charges resis-
tives réalisees selon l'art antérieur en élements loca-
lisés à resistances Rl en série et résistances R2 en
parallele peut etre représente selon la configuration
dissymé~rique de la figure 1 ou la configuration syme-
trique de la figure 2~ Dans les deux cas llimpédance
iterative de chacune des cellules est égale à ~
et l'attenuation est proportionnelle à Rl et inversement
proportionnelle à R2. Aux hyperfréquences, on sait
utiliser la technique des microbandes pour realiser des
resistances à constantes réparties. Pour réaliser cette
technique, il est connu ~Eigure 3) de disposer une bande
d'une certaine largeur W formant une couche résistive
sur une face d'un substrat dielectrique, l'autre face
- 3 -
"~' ,~h
~ 3~
étant recouverte en totalite d'une couche metallique con-
ductrice, les deux faces etant séparees d'une épaisseur
h de diélectrique de constante dielectrique ~. Dans cette
realisation la resistance de surface est
proportionnelle a la surface de la couche resistive. La
couche résistive utilisée peut être de la serie 1610 de
la Compagnie Dupont de Nemours dont les caracteristiques
varient de 10 ohm à un megohm pour un échantillon de 5 mm
de longueur, 2,5 mm de largeur de 25 micrometres d'epais-
seur (avant passage au four). L'impedance caractéristi-
qus du circuit d'atténuation est proportionnelle au
logarithme du rapport de l'épaisseur h du diélectrique à
la largeur W de la bande et inversement proportionnelle
~ la racine carree de la constante dielectrique ~. Ainsi,
entre l'ent~ée E de l'atténuateur et la sortie S de cet
atténuateur on dispose une resistance en constantes
reparties Rl en serie et deux resistances en constantes
reparties 2R2 en parallele disposees de part et d'autre
de la résistance Rl. Jusqu'à present, la resistance R
etait en forme de rectangle et sa résistivité faible
Les resistances 2R2 en forme de rectangles egalement ont
une resistivite très importante dans le cas d'attenuations
reduites. Sur la face superieure sont disposees deux
connexions de masse (deux bandes metalliques) lesquelles
rejoignent par les bords du subst~at la couche metallique
conductrice disposée sur la face inférieure.
Il decoule de la configuration de l'art antérieur
represente en figure 3 que l'impedance caracteristique
est constante ainsi que le coefficient d'attenuation
lineique puisque la resistance de surface Rl est constan-
te de même que la ~ésistance de surface R2. Le coeffi-
cient d'atténuation lineique est ainsi constant de
l'entree à la sortie de l'atténuateur. Il en résulte
que la puissance dissipée dans chacune des tranches
egales obtenues par des divisions équidistantes de la
_ ~ _
~a~
longueur entre l'entrée E et la sortie S de l'attenuateur
decrolt de l'entree vers la sortie. La puissance dissi-
pee par unité de surface le long d'un attenua~eur classi-
que, maximum ~ l'entree et minimum en sortie, decrolt
d'une façon continue par suite de la constance du coeffi-
cient d'atténuation k des tranches successives 1 à n
selon la formule donnant la puissance dissipée Pd~ dans
la nieme tranche
P
Pdn = (1 ~ k ) (1)
k
en fonction de la puissance PO d'entree.
L'inconvenient des techniques anterieures reside,
tel que dej~ mentionne, dans le fait qu'il y a creation
de points chauds, surtou~ à l'entree de l'attenuateur,
et comme la limite en puissance dlune resistance est la
limite en puissance de la tranche la plus defavorable, il
en resulte que les attenuateurs classiques ne permettent
pas d'utiliser au mieux la surface du substrat pour
augmenter ses capacites de dissipation.
Les resistances selon la presente invention
ont pour but, tel que precise auparavant, de remedier à
cet inconvenient. Comme il apparaltra à la lecture de
la description qui suit, celles-ci en effet dissipent
la puissance sous forme de chaleur uniformement sur les
surfaces extérieures des couches ce qui autorise une !'
pllls grande dissipation de puissance calorifique à
encombrement equivalent de celui de l'art anterieur.
La figure 4, qui illustre la presente invention,
represente une pastille 1 formee d'un substrat isolant en
oxyde d'aluminium ~A1203) ou oxyde de beryllium (BeO)
par exemple revêtue sur la face supérieure vue en plan,
dlune couche resistive 3 en forme de secteur de cercle.
La couche résistive, selon une technique connue, est
- 4a -
, ~
,.. . .
5~
constituée dlun oxyde de ruthenium, d'un liant organique
et de particules de verre en plus ou moins grand nombre
selon la résistivite que l'on veut obtenir. La resis-
tivité de la couche 3 doit être faible, par exemple de
10 ohm pour un échantillon de 5 mm de longueur, 2,5 mm
de largeur et 25 micromètres d'épaisseur. La couche 3
forme l'équivalent de la resistance serie Rl avec la
difference toutefois qu'elle est formee d'eléments repar-
tis et qu'elle crolt de l'entree E vers la sortie S de
l'attenuateur (figure 5). Nous avons
Rl< R'l < R 1 ~ R 1 (2)
Rl, R'l, R" l, R' ll etant les resistances serie elemen-
taires des quatres tranches (par exemple) successives
obtenues par division égale du rayon de cercle. En
effet une resistance élementaire est proportionnelle a
la longueur constante du cond~lcteur résistant (selon la
fleche radiale) et inversement proportionnelle à la
largeur de la couche resistive 3 qui est progressivement
~ 20 decroissante au fur et à mesure que l'on se rapproche de
; la sorte S.
L'angle interne ~ du secteur de cercle 3 peut
être de 0l5 radian environ.
De part et d'autre du secteur de cercle 3 sont
disposees une couche resistive 4 unique et/ou une
couche resistive 5 (schemas equivalents
,.~ _, . _ _ . _
~ 4b-
~igure 1 ou figure 2). Les couches résistive~ 4 et/ou 5 déposées par
exemple par sérigraphie sont en ~orme de secteurs de cercle juxtaposés
par les rayons de cercle à ~a cGuche 3 et constituent une résistance
parallèle équivalente R2 de ~orte résistivité par exemple, 1 kiloohm
pour un échanti].lon de 5 mm de longueur 2,5 mm de largeur et 25 micromè
tre d'épaisseur (avant pasqage au ~our). En considération de la géomé-
trie de ces couche~, visible ~chématiquement sur la figure 5, on voit que
les résistances élémentaires R2, ~'29 R"2, R"'2 des tranches successives
équidistantes entre l'entrée E et la sortie S de l'atténuateur sont de
valeurs progressivement décroissantes telles que
R2 > ~'2 ~ R"2 ~ R 2
En e~et la résistance élém~ntaire est proportionnelle à sa lon-
gueur (sens de la flèche tangentielle) laquelle est progressivement
décroissante (de E vers S) et inversement proportionnelle à sa largeur
~ui est constante par hypothè e. L'angle interne ~ de l'ensemble des
troiq secteurs de cercle 3, 4 et 5 peut être de 2,5 radians en~iron.
Sur le rest:ant du substrat 1 en regard des couches 4 et 5 sont
déposées des couche~ métallisées conductrices 6 et 7 servant de retour de
masse et réunies par les rebords (non représentés) du substrat 1 à la
plaque métallique disposée sur la ~ace opposée du substrat 1. L'atté-
nuateur de la ~igure 4 comporte également des contacts d'entrée E et de
sortie S reliéq électriquement à la couche résiqtive 3. Les retours de
ma~3e 6 et 7, les contacts E et S et la plaque métallique de la ~ace
opposée du substrat qont réalisés en un métal tel que l'or ou un alliage
d'argent et de palladium.
Le coe~ficient d'atténuation k proportionnel au rapport de R1 à R2
est progressivement croissant de l'entrée E vers la sortie S à cause des
inégalité (2) et ~3). De plus, l'impédance itérative reste en général
constante par suite de la constance du produit R1R2.
Comme la puissance diss:ipée Pdn de la nl me tranche élémentaire
est égale à
P ~ PkZ~ kn_1 kn
-- 6 --
et que le~ coefricients k1..kn 1 sont inférieurs au coef~icient kn-1 de
la ~igure 3 (relation (1)) il q'ensuit que la puis~ance dissipée de la
nième cellule de llatténuateur selon l'invention est supérieure à la
puissance dissipée dans la nième cellule de l'atténuateur selon l'art
antérieur.
Il eqt possibla ain~i de déterminer des puis~ances calori~iques
dissipées d'une ~açon uni~orme sur toute la sur~ace deq couches résis-
tives.
La puissànce de sortie obtenue peut être le résultat d'une atté-
nuation d'une trentaine de décibels par rapport à la puissance d'entrée.
L'impédance caractéristique peut etre adaptée à 50 ohms.
Sur la ~igure 6 on voit une aharge adaptée 11 du même principe et
de la même réalisation que l'atténuateur 1 avec des couches résistives
série 31 et parallèle 41 et/ou 51, des masses ~étallisées 61 et 71 et une
entrée E servant à recevoir la puissance en micro ondes en vue de l'adap-
tation sur une charge de 50 ohms par exemple. Comme la sortie S n'est pas
nécessaire, le centre matériel des ~ecteur~ de cerc}e 31, 41, 51 se
trouve dans les limite~ de la pastille 21. La charge 11 permet de
dissiper jusqu'à 600 watts pour une sur~ace de 2,5 x 2,5 cm.
Les applications sont du domaine de~ atténuateurs et des charges
adaptées dans le3 bandes de fréquences comprises entre 1 et 10 GHz
3o
