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EP3301751A1 - Dispositif électronique à antenne isolée - Google Patents

Dispositif électronique à antenne isolée Download PDF

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Publication number
EP3301751A1
EP3301751A1 EP17194574.4A EP17194574A EP3301751A1 EP 3301751 A1 EP3301751 A1 EP 3301751A1 EP 17194574 A EP17194574 A EP 17194574A EP 3301751 A1 EP3301751 A1 EP 3301751A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pole
section
conductive track
transmission circuit
track
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
Application number
EP17194574.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3301751B1 (fr
Inventor
Alain Tisne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sagemcom Energy and Telecom SAS
Original Assignee
Sagemcom Energy and Telecom SAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sagemcom Energy and Telecom SAS filed Critical Sagemcom Energy and Telecom SAS
Publication of EP3301751A1 publication Critical patent/EP3301751A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3301751B1 publication Critical patent/EP3301751B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/2007—Filtering devices for biasing networks or DC returns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20336—Comb or interdigital filters
    • H01P1/20345—Multilayer filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/30—Auxiliary devices for compensation of, or protection against, temperature or moisture effects ; for improving power handling capability
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips
    • H01P5/187—Broadside coupled lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set

Definitions

  • the present invention relates to the protection of users of electronic devices against dangerous voltages.
  • the devices more particularly targeted by the invention comprise an external antenna and are for example energy meters, Internet gateways, connected objects (by "IOT” or Internet of Things) ...
  • a housing containing a main circuit and a transmission circuit connected to the main circuit and to an external antenna so that the main circuit can process data which is inserted into radio frequency signals received and / or sent. by the transmission circuit.
  • the main circuit is likely to receive dangerous voltage to humans, it is necessary to ensure that the antenna itself, which is outside the housing, can be in contact with a user, can not be be subject to said dangerous voltage.
  • the isolation comprises optical couplers and / or voltage converters with galvanic isolation connecting the transmission circuit to the main circuit.
  • the main disadvantage of this solution is that it is bulky and significantly increases the number of components of the electronic device.
  • the frequencies used belong to a wide frequency band and the insulation must be arranged not to attenuate the signal throughout the frequency band used.
  • the insulation requirements are very high and impose minimum distances between the parts to isolate them making it almost impossible to use a wound wire transformer.
  • An object of the invention is to provide a means for protecting against dangerous voltages the antenna of an electronic device without altering the performance thereof or significantly increase its size.
  • an electronic apparatus comprising a housing enclosing a radio frequency signal transmission circuit and an external connection intended to be connected to an external antenna.
  • the transmission circuit is connected to the external connection by a coupler comprising at least one pair of a first conductive track and a second conductive track extending on either side of a dielectric having main faces at least partially facing one another to establish between them an electromagnetic transverse wave coupling.
  • the first conductive track connects a first pole of the transmission circuit to a second pole of the transmission circuit
  • the second conductive track connects a first pole of the external connection to a second pole of the external connection.
  • the electronic device comprises a housing 1 enclosing a multilayer printed circuit board 2 (or PCB) on which is formed a main processing circuit, schematized at 3, connected to a radiofrequency signal transmission circuit, schematized 4.
  • the transmission circuit 4 is connected by a coupler 5 to an external connection 6 connected to an external antenna 7.
  • the transmission circuit 4 is arranged to allow the insertion of data into a signal intended to be transmitted by radio frequency waves via the external antenna 7 or to extract data from a signal received by the external antenna 7 in the form of radiofrequency waves.
  • the antenna 7 is also known in itself and connected by a coaxial cable to the connection 6 which comprises a coaxial type connector.
  • the coupler 5 comprises at least one pair of a first conductive track, generally designated at 8.1, and a second conductive track, generally designated at 8.2, extending on either side of a substrate or dielectric 9 having main faces (that is to say those of their faces which have the largest area) facing each other to establish between them an electromagnetic transverse wave coupling.
  • the conductive track 8.1 is parallel to the conductive track 8.2.
  • the conductive tracks are conventionally formed on the printed circuit board 2, the dielectric 9 being formed by a thickness of insulating material of the printed circuit board 2 extending between the conducting track 8.1 and the conducting track 8.2. go. The thickness and the dielectric constant of the dielectric 9 separating the conductive tracks 8.1, 8.2 determine the insulation performance.
  • the first conducting track 8.1 comprises a first section 8.11 having a first end connected to a first pole 11 of the transmission circuit 4 and a second end connected by an intermediate section 8.13 at a first end of a second section 8.12 of the first conducting track 8.1 which has a second end connected to a second pole 12 of the transmission circuit 4.
  • the second pole 12 of the transmission circuit is of rectangular shape and is not facing the second conductive track 8.2.
  • the second pole 12 is here formed by a mass of the transmission circuit 4.
  • the connection to the first pole 11 is not represented on the figure 3 it can be realized by a cable extending above the mass of the transmission circuit 4.
  • the second conductive track 8.2 has a first section 8.21 having a first end connected to a first pole 21 of the external connection 6 and a second end connected by an intermediate section 8.23 to a first end of a second section 8.22 of the second track 8.2. which has a second end connected to a second pole 22 of the external connection 6.
  • the second pole 22 of the connection 6 is of rectangular shape and is not opposite the first conducting track 8.1.
  • the second pole 22 is here formed by a mass of the connection 6.
  • the connection to the first pole 21 is not represented on the figure 3 it can be realized by a cable extending above the mass of the external connection 6.
  • Sections 8.11, 8.12 are parallel to each other and to sections 8.21, 8.22.
  • Each section 8.11, 8.12 of the first conducting track 8.1 extends along an axis X facing one of the sections 8.21, 8.22 of the conductive track 8.2 on either side of the dielectric 9.
  • the intermediate section 8.13 extends along a Y axis perpendicular to the sections 8.11, 8.12 and does not extend opposite the second pole 22.
  • the intermediate section 8.23 is perpendicular to the sections 8.21, 8.22 and does not extend opposite the second pole 12.
  • the main faces of the first sections 8.11, 8.21 and the second sections 8.12, 8.22 have a length of 20 mm and a width of 3.5 mm; and the dielectric 9 has a thickness of 600 ⁇ m and a dielectric constant of 4.5.
  • Such an arrangement can withstand a voltage of 8000 V while allowing the transmission of signals having frequencies between 700 MHz and 2700 MHz.
  • the circulation of a current in the first section 8.11 and the second section 8.12 of the first conductive track 8.1 generates, in the first section 8.21 and the second section 8.22 of the second conducting track 8.2, the circulation of an induced current. of the same value but of opposite sign.
  • the flow of a current in the first section 8.21 and the second section 8.22: of the second conductive track 8.2 generates the circulation of an induced current in the first section 8.11 and the second section 8.12 of the first conductive track 8.1.
  • the second poles 12, 22 are L-shaped and comprise a first portion 12x, 22x and a second portion 12y, 22y.
  • the first portions 12x, 22x extend along the axis X and the second portions 12y, 22y extend along the axis Y.
  • a free edge 12a of the second portion 12y of the second pole 12 is connected to the second section 8.12 of the first conductive track 8.1.
  • a free edge 22a of the second part 22y of the second pole 22 is connected to the second section 8.22 of the second conductive track 8.2.
  • the second poles 12, 22 are not opposite the first and second conductive tracks 8.1, 8.2. More particularly, the free edge 12a is at the overlap limit with the second conductive track 8.2 and the free edge 22a is at the overlap limit with the first conducting track 8.1.
  • the second poles 12, 22 are, as previously, L-shaped.
  • the difference lies in that the second poles 12, 22 are now partially opposite the first conductive track 8.1 and the second conductive track 8.2. More particularly, the portion 12y of the second pole 12 is completely covered by the second conductive track 8.2, and the portion 22y of the second pole 22 is completely covered by the first conductive track 8.1.
  • the figure 6 represents signals S11, S21 of the first poles 11, 21 of the coupler illustrated in FIG. figure 4 .
  • the bandwidth at 1dB here ranges from 0.6 to 2.7 GHz (GigaHertz).
  • the figure 7 represents signals S11, S21 of the first poles 11, 21 of the coupler illustrated in FIG. figure 5 .
  • the bandwidth at 1 dB ranges here from 0.6 to 1.6 GHz (GigaHertz).
  • the overlap of the second poles 12, 22 by the first and second conductive tracks 8.1, 8.2 has the effect of reducing the bandwidth of the coupler.
  • Tests have shown that, more generally, the larger the overlap of the second portions 12y, 22y of the second poles 12, 22, the smaller the width of the bandwidth of the coupler.
  • the width of the bandwidth is optimum when the free edges 12a, 22a are substantially at the overlap limit with respectively the first and second conductive tracks 8.1, 8.2.
  • the first conducting track 8.1 comprises a first section 8.11 and two second sections 8.12 which are parallel to one another as well as to a first section 8.21 and to two second sections 8.22 of the second conducting track 8.2.
  • Each section 8.11, 8.12 of the first conducting track 8.1 extends opposite one of the sections 8.21, 8.22 of the conductive track 8.2 on either side of the dielectric 9.
  • the first section 8.11 of the first conducting track 8.1 has a first end connected to the first pole 11 of the transmission circuit 4 and a second end connected, by intermediate sections 8.13, to the two second sections 8.12 of the first conducting track 8.1, which are they, connected in parallel to the second pole 12 of the transmission circuit 4.
  • the first section 8.21 of the second conductive track 8.2 has a first end connected to the first pole 21 of the external connection 6 and a second end connected by intermediate sections 8.23 at the two second sections 8.22 of the second conductive track 8.2 which are connected in parallel to the second pole 22 of the external connection 6.
  • the intermediate sections 8.13 are perpendicular to the sections 8.11, 8.12 and do not extend opposite the second pole 22.
  • the intermediate sections 8.23 are perpendicular to the sections 8.21, 8.22.
  • the second pole 22 of the connection 6 is here formed by a mass of the connection 6.
  • the connection to the first pole He is not represented here on the figure 9 it can be realized by a cable extending above the mass of the transmission circuit 4.
  • the main faces of the first sections 8.11, 8.21 and the second sections 8.12, 8.22 have a length of 20 mm and a width of 2.8 mm; and the dielectric 9 has a thickness of 600 ⁇ m and a dielectric constant of 4.5.
  • Such an arrangement makes it possible to withstand a voltage of 8000 V while allowing the transmission of signals having frequencies between 1300 MHz and 3100 MHz.
  • the second poles 12, 22 are T-shaped and comprise a first portion 12x, 22x and a second portion 12y, 22y.
  • the first portions 12x, 22x extend along the axis X and the second portions 12y, 22y extend along the axis Y.
  • a free edge 12a of the second portion 12y of the second pole 12 is connected to the second sections 8.12 of the first conductive track 8.1.
  • a free edge 22a of the second part 22y of the second pole 22 is connected to the second sections 8.22 of the second conductive track 8.2.
  • the second poles 12, 22 are not opposite the first and second conductive tracks 8.1, 8.2. More particularly, the free edge 12a is at the overlap limit with the second conductive track 8.2 and the free edge 22a is at the overlap limit with the first conducting track 8.1.
  • the second poles 12, 22 are, as before, T-shaped.
  • the difference is that the second poles 12, 22 are now partially facing the first conducting track 8.1 and the second conducting track 8.2. More particularly, the portion 12y of the second pole 12 is completely covered by the second conductive track 8.2, and the portion 22y of the second pole 22 is completely covered by the first conductive track 8.1.
  • the figure 12 represents signals S11, S21 of the first poles 11, 21 of the coupler illustrated in FIG. figure 10 .
  • the bandwidth at 1 dB ranges here from 0.7 to 3 GHz (GigaHertz).
  • the figure 13 represents signals S11, S21 of the first poles 11, 21 of the coupler illustrated in FIG. figure 11 .
  • the bandwidth at 1 dB ranges here from 0.7 to 2 GHz (GigaHertz).
  • the overlap of the second poles 12, 22 by the first and second conductive tracks 8.1, 8.2 thus has the effect of reducing the bandwidth of the coupler.
  • Tests have shown that, more generally, the larger the overlap of the second portions 12y, 22y of the second poles 12, 22, the smaller the width of the bandwidth of the coupler.
  • the width of the bandwidth is optimum when the free edges 12a, 22a are substantially at the overlap limit with respectively the first and second conductive tracks 8.1, 8.2.
  • the coupler comprises an adaptation capacitor 31 mounted between the first section 8.11 of the first conducting track 8.1 and the second pole 11 of the transmission 4 and an adaptation capacitor 32 mounted between the first section 8.21 of the second conductive track 8.2 and the second pole 21 of the external connection 6.
  • the adaptation capacitors 31, 32 serve to compensate for the inductive behavior of the impedance of the coupler at low frequencies: they thus make it possible to increase the bandwidth of the coupler by authorizing the transmission of signals having frequencies between 600 MHz and 3100 MHz.
  • the adaptation capacitors 31, 32 are simply, in this first variant, passive components brazed to the poles 11, 21 and sections 8.11, 8.21 concerned.
  • the first section 8.11 of the first conducting track 8.1 is connected to the first pole 11 of the transmission circuit 4 via the capacitor 31 and the core of a coaxial cable 41 extending over the ground of the transmission circuit 4 and the first section 8.21 of the second conductive track 8.2 is connected to the first pole 21 by the capacitor 32 and the core of a coaxial cable 42 extending over the ground of the external connection 6.
  • the first section 8.11 of the first conducting track 8.1 is connected to the first pole 11 of the transmission circuit 4 by a coplanar conductive track 51 in the ground plane forming the ground of the transmission circuit 4 and the first section 8.21 of the second track Conductor 8.2 is connected to the first pole 21 by a coplanar conducting track 52 in the ground plane forming the ground of the external connection 6.
  • the matching capacitors 31, 32 respectively mounted between the first section 8.11 of the first conducting track 8.1 and the first pole 11 of the transmission circuit 4 and between the first section 8.21 of the second conductive track 8.2 and the first pole 21 of the external connection 6 are formed by conductive areas extending in planes parallel to the conductive tracks 8.1, 8.2.
  • first end of the first section 8.11 of the first conductive track 8.1 is covered with a layer of dielectric itself covered with a range 61 so as to form a capacitor between said first end and said range 61.
  • end of the first section 8.21 of the second conductive track 8.2 is covered with a layer of dielectric itself covered with a range so as to form a capacitor between said first end and said range.
  • Said range 61 is then connected to the first pole 11, 21 here by a conductive track, or alternatively by a cable or other.
  • the intermediate sections can be replaced by cables.
  • One of the matching capacitors may be a passive component and the other a capacitor formed of conductive pads separated from each other by a dielectric.
  • the conductive tracks can be connected to the poles directly or indirectly.
  • the coupler 5 can be made on the printed circuit board 2 or on a daughter plate attached to the printed circuit board 2 for example to extend parallel or perpendicular to it.
  • the electronic circuit of the apparatus may be different from that described.

Landscapes

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Abstract

Appareil électronique comprenant un boîtier (1) renfermant un circuit (4) de transmission de signaux radiofréquences et une connexion externe (6) destinée à être reliée à une antenne externe (7). Le circuit de transmission est relié à la connexion externe par un coupleur (5) comprenant au moins une paire d'une première piste conductrice (8.1) et d'une deuxième piste conductrice (8.2) s'étendant de part et d'autre d'un diélectrique (9) en ayant des faces principales au moins partiellement en regard l'une de l'autre pour établir entre elles un couplage par onde transverse électromagnétique. La première piste conductrice relie un premier pôle (11) du circuit de transmission à un deuxième pôle (12) du circuit de transmission, la deuxième piste conductrice relie un premier pôle (21) de la connexion externe et à un deuxième pôle (22) de la connexion externe.

Description

  • La présente invention concerne la protection des utilisateurs d'appareils électroniques contre les tensions dangereuses. Les appareils plus particulièrement visés par l'invention comportent une antenne externe et sont par exemple des compteurs d'énergie, des passerelles Internet, des objets connectés (par « IOT » ou Internet des Objets)...
  • Il existe de nombreux appareils électroniques comprenant un boîtier renfermant un circuit principal et un circuit de transmission connecté au circuit principal et à une antenne externe de telle manière que le circuit principal puisse traiter des données qui sont insérées dans des signaux radiofréquences reçus et/ou envoyés par le circuit de transmission. Lorsque le circuit principal est susceptible de recevoir une tension dangereuse pour l'homme, il est nécessaire de s'assurer que l'antenne elle-même, qui se trouvant à l'extérieur du boîtier peut être en contact avec un utilisateur, ne puisse être soumise à ladite tension dangereuse.
  • Pour remédier à ce problème, il est connu de prévoir une isolation entre le circuit de transmission et le circuit principal. L'isolation comprend des coupleurs optiques et/ou des convertisseurs de tension à isolation galvanique reliant le circuit de transmission au circuit principal. Le principal inconvénient de cette solution est qu'elle est encombrante et augmente de manière significative le nombre de composants du dispositif électronique.
  • Il aurait pu être envisagé de monter l'isolation entre le circuit de transmission et la connexion externe. Cependant, dans certaines applications, les fréquences utilisées appartiennent à une large bande de fréquence et l'isolation doit être agencée pour ne pas atténuer le signal dans toute la bande de fréquences employée. En outre, dans les mêmes applications, les exigences d'isolation sont très élevées et imposent des distances minimales entre les parties à isoler entre elles rendant quasiment impossible l'utilisation d'un transformateur à fils bobinés.
  • Un but de l'invention est de fournir un moyen permettant de protéger contre les tensions dangereuses l'antenne d'un appareil électronique sans altérer les performances de celui-ci ni augmenter significativement son encombrement.
  • A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un appareil électronique comprenant un boîtier renfermant un circuit de transmission de signaux radiofréquences et une connexion externe destinée à être reliée à une antenne externe. Le circuit de transmission est relié à la connexion externe par un coupleur comprenant au moins une paire d'une première piste conductrice et d'une deuxième piste conductrice s'étendant de part et d'autre d'un diélectrique en ayant des faces principales au moins partiellement en regard l'une de l'autre pour établir entre elles un couplage par onde transverse électromagnétique. La première piste conductrice relie un premier pôle du circuit de transmission à un deuxième pôle du circuit de transmission, la deuxième piste conductrice relie un premier pôle de la connexion externe à un deuxième pôle de la connexion externe.
  • Le phénomène de couplage de pistes conductrices par onde électromagnétique transverse est connu en lui-même et désigné dans la littérature sous différentes appellations telles que « broadside coupled striplines », « broadside coupling », « broadside coupled transmission line »... Dans l'invention, on utilise ce phénomène pour réaliser une isolation galvanique entre le circuit de transmission et la connexion externe. Un tel coupleur doit autoriser le passage de signaux dans une large bande de fréquences tandis que son épaisseur doit garantir l'isolation. L'aire des faces en regard détermine les performances en transmission. La constante diélectrique du substrat séparant les pistes conductrices détermine la largeur des pistes du coupleur.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers de l'invention.
  • Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
    • la figuré 1 est une vue générale en perspective d'un appareil selon l'invention ;
    • la figure 2 est une vue schématique du coupleur selon un premier mode de réalisation ;
    • la figure 3 est une vue partielle en perspective de ce coupleur, avec le diélectrique représenté transparent ;
    • les figures 4 et 5 sont des vues analogues à la figure 3 de deux variantes de réalisation du premier mode de réalisation ;
    • les figures 6 et 7 sont des diagrammes représentant l'intensité en décibel des signaux dans le coupleur selon chacune de ces deux variantes du premier mode de réalisation ;
    • les figures 8 et 9 sont des vues analogues aux figures 2 et 3 respectivement, représentant un coupleur selon un deuxième mode de réalisation ;
    • les figures 10 et 11 sont des vues analogues à la figure 9 de deux variantes du deuxième mode de réalisation ;
    • les figures 12 et 13 sont des diagrammes représentant l'intensité en décibel des signaux dans le coupleur selon chacune de ces deux variantes du deuxième mode de réalisation
    • les figures 14, 15 et 16 sont des vues analogues à la figure 9 d'un coupleur selon trois autres variantes du deuxième mode de réalisation ;
  • En référence à la figure 1, l'appareil électronique selon l'invention comprend un boîtier 1 renfermant une plaque de circuit imprimé 2 (ou PCB) multicouche sur laquelle est formé un circuit principal de traitement, schématisé en 3, relié à un circuit de transmission de signaux radiofréquences, schématisé en 4. Le circuit de transmission 4 est relié par un coupleur 5 à une connexion externe 6 raccordée à une antenne externe 7.
  • Le circuit principal de traitement 3, connu en lui-même, est agencé pour permettre à l'appareil électronique d'exercer ses fonctions principales :
    • si l'appareil électronique est un compteur d'énergie, le circuit principal de traitement 3 va collecter des données de mesure et traiter ces données de mesure par exemple en effectuant sur celles-ci des calculs ;
    • si l'appareil électronique est une passerelle d'accès à un réseau tel qu'Internet, le circuit principal de traitement 3 va par exemple mettre en forme des données qui lui parviennent du circuit de transmission 4 pour permettre leur affichage sur un écran, ou collecter des données, les traiter et les mettre en forme pour permettre leur transmission sur le réseau par le circuit de transmission 4.
  • Le circuit de transmission 4, connu en lui-même, est agencé pour permettre l'insertion de données dans un signal destiné à être transmis par ondes radiofréquences via l'antenne externe 7 ou pour extraire des données d'un signal reçu par l'antenne externe 7 sous forme d'ondes radiofréquences.
  • L'antenne 7 est elle aussi connue en elle-même et reliée par un câble coaxial à la connexion 6 qui comprend un connecteur de type coaxial.
  • Le coupleur 5 selon l'invention comprend au moins une paire d'une première piste conductrice, généralement désignée en 8.1, et d'une deuxième piste conductrice, généralement désignée en 8.2, s'étendant de part et d'autre d'un substrat ou diélectrique 9 en ayant des faces principales (c'est-à-dire celles de leurs faces qui présentent la plus grande aire) en regard l'une de l'autre pour établir entre elles un couplage par onde transverse électromagnétique. La piste conductrice 8.1 est parallèle à la piste conductrice 8.2. Les pistes conductrices sont formées de manière classique sur la plaque de circuit imprimé 2, le diélectrique 9 étant formé par une épaisseur de matériau isolant de la plaque de circuit imprimé 2 s'étendant entre la piste conductrice 8.1 et la piste conductrice 8.2 d'autre part. L'épaisseur et la constante diélectrique du diélectrique 9 séparant les pistes conductrices 8.1, 8.2 déterminent les performances d'isolation.
  • Dans un premier mode de réalisation représenté aux figures 2 et 3, la première piste conductrice 8.1 comprend un premier tronçon 8.11 ayant une première extrémité reliée à un premier pôle 11 du circuit de transmission 4 et une deuxième extrémité reliée par un tronçon intermédiaire 8.13 à une première extrémité d'un deuxième tronçon 8.12 de la première piste conductrice 8.1 qui a une deuxième extrémité reliée à un deuxième pôle 12 du circuit de transmission 4.
  • Le deuxième pôle 12 du circuit de transmission est de forme rectangulaire et n'est pas en regard de la deuxième piste conductrice 8.2. Le deuxième pôle 12 est ici formé par une masse du circuit de transmission 4. La liaison au premier pôle 11 n'est pas représentée sur la figure 3 : elle peut être réalisée par un câble s'étendant au-dessus de la masse du circuit de transmission 4.
  • La deuxième piste conductrice 8.2 a un premier tronçon 8.21 ayant une première extrémité reliée à un premier pôle 21 de la connexion externe 6 et une deuxième extrémité reliée par un tronçon intermédiaire 8.23 à une première extrémité d'un deuxième tronçon 8.22 de la deuxième piste 8.2 qui a une deuxième extrémité reliée à un deuxième pôle 22 de la connexion externe 6.
  • Le deuxième pôle 22 de la connexion 6 est de forme rectangulaire et n'est pas en regard de la première piste conductrice 8.1. Le deuxième pôle 22 est ici formé par une masse de la connexion 6. La liaison au premier pôle 21 n'est pas représentée sur la figure 3 : elle peut être réalisée par un câble s'étendant au-dessus de la masse de la connexion externe 6.
  • Les tronçons 8.11, 8.12 sont parallèles entre eux ainsi qu'aux tronçons 8.21, 8.22. Chaque tronçon 8.11, 8.12 de la première piste conductrice 8.1 s'étend selon un axe X en regard d'un des tronçons 8.21, 8.22 de la piste conductrice 8.2 de part et d'autre du diélectrique 9. Le tronçon intermédiaire 8.13 s'étend selon un axe Y perpendiculaire aux tronçons 8.11, 8.12 et ne s'étend pas en regard du deuxième pôle 22. Le tronçon intermédiaire 8.23 est perpendiculaire aux tronçons 8.21, 8.22 et ne s'étend pas en regard du deuxième pôle 12.
  • A titre d'exemple, les faces principales des premiers tronçons 8.11, 8.21 et des deuxièmes tronçons 8.12, 8.22 ont une longueur de 20 mm et une largeur de 3,5 mm ; et le diélectrique 9 a une épaisseur de 600 µm et une constante diélectrique de 4,5. Un tel agencement permet de supporter une tension de 8000 V tout en autorisant la transmission de signaux ayant des fréquences comprises entre 700 MHz et 2700 MHz.
  • En fonctionnement, la circulation d'un courant dans le premier tronçon 8.11 et le deuxième tronçon 8.12 de la première piste_conductrice 8.1 engendre, dans le premier tronçon 8.21 et le deuxième tronçon 8.22 de la deuxième piste conductrice 8.2, la circulation d'un courant induit de même valeur mais de signe opposé. Inversement, la circulation d'un courant dans le premier tronçon 8.21 et le deuxième tronçon 8.22: de la deuxième piste conductrice 8.2 engendre la circulation d'un courant induit dans le premier tronçon 8.11 et le deuxième tronçon 8.12 de la première piste conductrice 8.1.
  • Selon une première variante du premier mode de réalisation, représentée à la figure 4, les deuxièmes pôles 12, 22 sont en forme de L et comprennent une première partie 12x, 22x et une deuxième partie 12y, 22y. Les premières parties 12x, 22x s'étendent selon l'axe X et les deuxièmes parties 12y, 22y s'étendent selon l'axe Y.
  • Un bord libre 12a de la deuxième partie 12y du deuxième pôle 12 est relié au deuxième tronçon 8.12 de la première piste conductrice 8.1. De la même façon, un bord libre 22a de la deuxième partie 22y du deuxième pôle 22 est relié au deuxième tronçon 8.22 de la deuxième piste conductrice 8.2.
  • Comme précédemment, les deuxièmes pôles 12, 22 ne sont pas en regard des première et deuxième pistes conductrices 8.1, 8.2. Plus particulièrement, le bord libre 12a est à la limite de recouvrement avec la deuxième piste conductrice 8.2 et le bord libre 22a est à la limite de recouvrement avec la première piste conductrice 8.1.
  • Selon une deuxième variante du premier mode de réalisation, représentée à la figure 5, les deuxièmes pôles 12, 22 sont, comme précédemment, en forme de L. La différence réside en ce que les deuxièmes pôles 12, 22 sont désormais partiellement en regard de la première piste conductrice 8.1 et de la deuxième piste conductrice 8.2. Plus particulièrement, la partie 12y du deuxième pôle 12 est totalement recouverte par la deuxième piste conductrice 8.2, et la partie 22y du deuxième pôle 22 est totalement recouverte par la première piste conductrice 8.1.
  • La figure 6 représente des signaux S11, S21 des premiers pôles 11, 21 du coupleur illustré à la figure 4. La bande passante à 1dB s'étend ici de 0,6 à 2,7 GHz (GigaHertz).
  • La figure 7 représente des signaux S11, S21 des premiers pôles 11, 21 du coupleur illustré à la figure 5. La bande passante à 1dB s'étend ici de 0,6 à 1,6 GHz (GigaHertz).
  • On constate que le recouvrement des deuxièmes pôles 12, 22 par les première et deuxième pistes conductrices 8.1, 8.2 a pour effet de réduire la bande passante du coupleur. Des tests ont montré que, d'une manière plus générale, plus le recouvrement des deuxièmes parties 12y, 22y des deuxièmes pôles 12, 22 était important, plus la largeur de la bande passante du coupleur était faible. La largeur de la bande passante est optimum lorsque les bords libres 12a, 22a sont sensiblement à la limite de recouvrement avec respectivement les première et deuxième pistes conductrice 8.1, 8.2.
  • Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrit porteront une référence numérique identique à ces derniers dans la description qui suit du deuxième mode de réalisation en relation avec les figures 8 à 16.
  • Dans le deuxième mode de réalisation représenté aux figures 8 et 9, la première piste conductrice 8.1 comprend un premier tronçon 8.11 et deux deuxièmes tronçons 8.12 qui sont parallèles entre eux ainsi qu'à un premier tronçon 8.21 et à deux deuxièmes tronçons 8.22 de la deuxième piste conductrice 8.2. Chaque tronçon 8.11, 8.12 de la première piste conductrice 8.1 s'étend en regard d'un des tronçons 8.21, 8.22 de la piste conductrice 8.2 de part et d'autre du diélectrique 9.
  • Le premier tronçon 8.11 de la première piste conductrice 8.1 a une première extrémité reliée au premier pôle 11 du circuit de transmission 4 et une deuxième extrémité reliée, par des tronçons intermédiaires 8.13, aux deux deuxièmes tronçons 8.12 de la première piste conductrice 8.1 qui sont, eux, reliés en parallèle au deuxième pôle 12 du circuit de transmission 4. Le premier tronçon 8.21 de la deuxième piste conductrice 8.2 a une première extrémité reliée au premier pôle 21 de la connexion externe 6 et une deuxième extrémité reliée, par des tronçons intermédiaires 8.23, aux deux deuxièmes tronçons 8.22 de la deuxième piste conductrice 8.2 qui sont, eux, reliés en parallèle au deuxième pôle 22 de la connexion externe 6. Les tronçons intermédiaires 8.13 sont perpendiculaires aux tronçons 8.11, 8.12 et ne s'étendent pas en regard du deuxième pôle 22. Les tronçons intermédiaires 8.23 sont perpendiculaires aux tronçons 8.21, 8.22.
  • Le deuxième pôle 22 de la connexion 6 est ici formé par une masse de la connexion 6. La liaison au premier pôle 11 n'est ici pas représentée sur la figure 9 : elle peut être réalisée par un câble s'étendant au-dessus de la masse du circuit de transmission 4.
  • A titre d'exemple, les faces principales des premiers tronçons 8.11, 8.21 et des deuxièmes tronçons 8.12, 8.22 ont une longueur de 20 mm et une largeur de 2,8 mm ; et le diélectrique 9 a une épaisseur de 600 µm et une constante diélectrique de 4,5. Un tel agencement permet de supporter une tension de 8000 V tout en autorisant la transmission de signaux ayant des fréquences comprises entre 1300 MHz et 3100 MHz.
  • Le fonctionnement est identique à celui décrit précédemment sauf en ce que dans les deuxièmes tronçons circulent un courant deux fois inférieur à celui circulant dans les premiers tronçons.
  • Selon une première variante du deuxième mode de réalisation, représentée à la figure 10, les deuxièmes pôles 12, 22 sont en forme de T et comprennent une première partie 12x, 22x et une deuxième partie 12y, 22y. Les premières parties 12x, 22x s'étendent selon l'axe X et les deuxièmes parties 12y, 22y s'étendent selon l'axe Y.
  • Un bord libre 12a de la deuxième partie 12y du deuxième pôle 12 est relié aux deuxièmes tronçons 8.12 de la première piste conductrice 8.1. De la même façon, un bord libre 22a de la deuxième partie 22y du deuxième pôle 22 est relié aux deuxièmes tronçons 8.22 de la deuxième piste conductrice 8.2.
  • Comme précédemment, les deuxièmes pôles 12, 22 ne sont pas en regard des première et deuxième pistes conductrices 8.1, 8.2. Plus particulièrement, le bord libre 12a est à la limite de recouvrement avec la deuxième piste conductrice 8.2 et le bord libre 22a est à la limite de recouvrement avec la première piste conductrice 8.1.
  • Selon une deuxième variante du deuxième mode de réalisation, représentée à la figure 11, les deuxièmes pôles 12, 22 sont, comme précédemment, en forme de T. La différence réside en ce que les deuxièmes pôles 12, 22 sont désormais partiellement en regard de la première piste conductrice 8.1 et de la deuxième piste conductrice 8.2. Plus particulièrement, la partie 12y du deuxième pôle 12 est totalement recouverte par la deuxième piste conductrice 8.2, et la partie 22y du deuxième pôle 22 est totalement recouverte par la première piste conductrice 8.1.
  • La figure 12 représente des signaux S11, S21 des premiers pôles 11, 21 du coupleur illustré à la figure 10. La bande passante à 1dB s'étend ici de 0,7 à 3 GHz (GigaHertz).
  • La figure 13 représente des signaux S11, S21 des premiers pôles 11, 21 du coupleur illustré à la figure 11. La bande passante à 1dB s'étend ici de 0,7 à 2 GHz (GigaHertz).
  • Comme vu précédemment, le recouvrement des deuxièmes pôles 12, 22 par les première et deuxième pistes conductrices 8.1, 8.2 a ainsi pour effet de réduire la bande passante du coupleur. Des tests ont montré que d'une manière plus générale, plus le recouvrement des deuxièmes parties 12y, 22y des deuxièmes pôles 12, 22 était important, plus la largeur de la bande passante du coupleur était faible. La largeur de la bande passante est optimum lorsque les bords libres 12a, 22a sont sensiblement à la limite de recouvrement avec respectivement les première et deuxième pistes conductrice 8.1, 8.2.
  • Selon une troisième et une quatrième variante du deuxième mode de réalisation, représentée aux figures 14 et 15, le coupleur comprend un condensateur d'adaptation 31 monté entre le premier tronçon 8.11 de la première piste conductrice 8.1 et le deuxième pôle 11 du circuit de transmission 4 et un condensateur d'adaptation 32 monté entre le premier tronçon 8.21 de la deuxième piste conductrice 8.2 et le deuxième pôle 21 de la connexion externe 6. Les condensateurs d'adaptation 31, 32 ont pour fonction de compenser le comportement inductif de l'impédance du coupleur à basses fréquences : ils permettent donc d'augmenter la bande passante du coupleur en autorisant la transmission de signaux ayant des fréquences comprises entre 600 MHz et 3100 MHz.
  • Les condensateurs d'adaptation 31, 32 sont simplement, dans cette première variante, des composants passifs brasés sur les pôles 11, 21 et les tronçons 8.11, 8.21 concernés.
  • A la figure 14, le premier tronçon 8.11 de la première piste conductrice 8.1 est relié au premier pôle 11 du circuit de transmission 4 via le condensateur 31 et par l'âme d'un câble coaxial 41 s'étendant par-dessus la masse du circuit de transmission 4 et le premier tronçon 8.21 de la deuxième piste conductrice 8.2 est relié au premier pôle 21 par le condensateur 32 et l'âme d'un câble coaxial 42 s'étendant par-dessus la masse de la connexion externe 6.
  • A la figure 15, le premier tronçon 8.11 de la première piste conductrice 8.1 est relié au premier pôle 11 du circuit de transmission 4 par une piste conductrice coplanaire 51 dans le plan de masse formant la masse du circuit de transmission 4 et le premier tronçon 8.21 de la deuxième piste conductrice 8.2 est reliée au premier pôle 21 par une piste conductrice coplanaire 52 dans le plan de masse formant la masse de la connexion externe 6.
  • Selon une cinquième variante du deuxième mode de réalisation, représentée à la figure 16, les condensateurs d'adaptation 31, 32 montés respectivement entre le premier tronçon 8.11 de la première piste conductrice 8.1 et le premier pôle 11 du circuit de transmission 4 et entre le premier tronçon 8.21 de la deuxième piste conductrice 8.2 et le premier pôle 21 de la connexion externe 6 sont formés par des plages conductrices s'étendant dans des plans parallèles aux pistes conductrices 8.1, 8.2.
  • Plus précisément, la première extrémité du premier tronçon 8.11 de la première piste conductrice 8.1 est recouverte d'une couche de diélectrique elle-même recouverte d'une plage 61 de manière à former une capacité entre ladite première extrémité et ladite plage 61. La première extrémité du premier tronçon 8.21 de la deuxième piste conductrice 8.2 est recouverte d'une couche de diélectrique elle-même recouverte d'une plage de manière à former une capacité entre ladite première extrémité et ladite plage.
  • Ladite plage 61 est ensuite reliée au premier pôle 11, 21 ici par une piste conductrice, ou en variante par un câble ou autre.
  • Le coupleur 5 est donc réalisé sur un PCB à quatre couches conductrices :
    • les deuxième et troisième couches conductrices, internes, sont utilisées pour la réalisation des pistes conductrices 8.1, 8.2, la couche isolante entre ces deux couches formant le diélectrique 9 ;
    • les première et quatrième couches conductrices, externes, sont utilisées pour réaliser la plage permettant la formation de la capacité ainsi que la liaison de cette plage jusqu'au premier port.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle qu'elle est définie par les revendications.
  • En particulier, les tronçons intermédiaires peuvent être remplacés par des câbles.
  • Un des condensateurs d'adaptation peut être un composant passif et l'autre un condensateur formé de plages conductrices séparées l'une de l'autre par un diélectrique.
  • Les pistes conductrices peuvent être reliées aux pôles directement ou indirectement.
  • Le coupleur 5 peut être réalisé sur la plaque de circuit imprimé 2 ou sur une plaque fille rapportée sur la plaque de circuit imprimé 2 pour par exemple s'étendre parallèlement ou perpendiculairement à celle-ci.
  • Le circuit électronique de l'appareil peut être différent de celui décrit.

Claims (12)

  1. Appareil électronique comprenant un boîtier (1) renfermant un circuit (4) de transmission de signaux radiofréquences et une connexion externe (6) destinée à être reliée à une antenne externe (7), caractérisé en ce que le circuit de transmission est relié à la connexion externe par un coupleur (5) comprenant au moins une paire d'une première piste conductrice (8.1) et d'une deuxième piste conductrice (8.2) s'étendant de part et d'autre d'un diélectrique (9) en ayant des faces principales au moins partiellement en regard l'une de l'autre pour établir entre elles un couplage par onde transverse électromagnétique, la première piste conductrice reliant un premier pôle (11) du circuit de transmission à un deuxième pôle (12) du circuit de transmission, la deuxième piste conductrice reliant un premier pôle (21) de la connexion externe et à un deuxième pôle (22) de la connexion externe.
  2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel au moins l'un du premier pôle (12) et du deuxième pôle (22) est décalé latéralement par rapport à la piste conductrice opposée (8.1, 8.2) audit pôle.
  3. Appareil selon la revendication 2, dans lequel au moins l'un du premier pôle (12) et du deuxième pôle (22) est à la limite de recouvrement avec la piste conductrice opposée (8.1, 8.2) audit pôle.
  4. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième pôle (12) du circuit de transmission (5) est relié à une masse du circuit de transmission et le deuxième pôle (22) de la connexion externe (6) est relié à une masse de la connexion externe.
  5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première piste conductrice (8.1) comprend au moins un premier tronçon (8.11) et un deuxième tronçon (8.12) qui sont parallèles à un premier tronçon (8.21) et à un deuxième tronçon (8.22) de la deuxième piste conductrice (8.2), chaque premier tronçon ayant une extrémité raccordée au premier pôle (11, 21) correspondant et une extrémité raccordée au deuxième tronçon relié lui au deuxième pôle (12, 22) correspondant.
  6. Appareil selon la revendication 5, dans lequel le premier tronçon (11, 21) et le deuxième tronçon (12, 22) d'au moins l'une des pistes conductrices (8.1, 8.2) sont reliés entre eux par un tronçon intermédiaire (8.13, 8.23) de piste conductrice qui ne s'étend pas en regard d'un tronçon de l'autre piste conductrice.
  7. Appareil selon l'une des revendication 1 à 4, dans lequel la première piste conductrice (8.1) comprend au moins un premier tronçon (8.11) et deux deuxièmes tronçons (8.12) qui sont parallèles à un premier tronçon (8.21) et à deux deuxièmes tronçons (8.22) de la deuxième piste conductrice (8.2), chaque premier tronçon ayant une extrémité raccordée au premier pôle (11, 21) correspondant et une extrémité raccordée aux deuxièmes tronçons reliés eux en parallèle au deuxième pôle (12, 22) correspondant.
  8. Appareil selon la revendication 7, dans lequel le premier tronçon (8.11, 8.21) et les deuxièmes tronçons (8.12, 8.22) d'au moins l'une des pistes conductrices (8.1, 8.2) sont reliés entre eux par un tronçon intermédiaire (8.13, 8.23) de piste conductrice qui ne s'étend pas en regard d'un tronçon de l'autre piste conductrice.
  9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le coupleur (5) comprend un condensateur d'adaptation (31) monté entre le premier pôle (11) du circuit de transmission (4) et la première piste (8.1) et un condensateur d'adaptation (32) monté entre le premier pôle (21) de la connexion externe (6) et la deuxième piste (8.2).
  10. Appareil selon la revendication 7, dans lequel au moins l'un des condensateurs d'adaptation (31, 32) est formé par des plages conductrices (61) s'étendant dans des plans parallèles aux pistes conductrices.
  11. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première piste conductrice (8.1) est reliée au premier pôle (11) du circuit de transmission (4) par l'âme d'un câble coaxial (41) s'étendant par-dessus un plan de masse formant la masse du circuit de transmission et/ou la deuxième piste conductrice (8.2) est reliée au premier pôle (21) de la connexion externe (6) par l'âme d'un câble coaxial (42) s'étendant par-dessus un plan de masse formant la masse de la connexion externe.
  12. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 8, dans lequel la première piste conductrice (8.1) est reliée au premier pôle (11) du circuit de transmission (4) par une piste conductrice (51) s'étendant à travers un plan de masse formant la masse du circuit de transmission et/ou la deuxième piste conductrice (8.2) est reliée au premier pôle (21) de la connexion externe (6) par une piste conductrice (52) s'étendant à travers un plan de masse formant la masse de la connexion externe.
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