EP4439861A1 - Improved transition between a central contact of a coaxial component and a transmission line, especially a radio frequency (rf) transmission line. - Google Patents
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- EP4439861A1 EP4439861A1 EP24163774.3A EP24163774A EP4439861A1 EP 4439861 A1 EP4439861 A1 EP 4439861A1 EP 24163774 A EP24163774 A EP 24163774A EP 4439861 A1 EP4439861 A1 EP 4439861A1
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Definitions
- the present invention relates to the field of circuits whose operating frequencies can be broadband ranging from CC (acronym for Direct Current) or DC (acronym for “Direct Current”) to radio frequencies (RF).
- CC cronym for Direct Current
- DC cronym for “Direct Current”
- RF radio frequencies
- It relates more particularly to a transition between a central contact of a radio frequency (RF) coaxial component and an RF transmission line.
- RF radio frequency
- the term "transition” should be understood as designating a passive connection making it possible to pass from a coaxial medium for propagating a signal in a wide band ranging from DC to radio frequencies (RF), to another non-coaxial medium.
- radio frequency we mean the usual meaning, namely an electromagnetic wave frequency located between 3 KHz and 300 GHz.
- the frequency band concerned may be DC-67GHz, DC-70 GHz, DC-100 GHz or beyond.
- the invention aims to improve such a transition, in particular for very small central contact diameters and transmission line dimensions.
- this can be a center contact outer diameter of less than 0.8mm.
- the transmission line propagates the electromagnetic wave according to the Transverse Electro-Magnetic (TEM) mode.
- TEM Transverse Electro-Magnetic
- the invention applies to all passive or active devices with central contact of a coaxial component, in particular RF, such as an attenuator, divider, combiner, load, coupler and to all transmission line circuits, such as a strip line, a micro-strip, a coplanar line or a suspended line.
- RF radio frequency
- a stripline is a transmission line surrounded by a dielectric material and suspended between two ground planes on the inner layer(s) of a printed circuit board (PCB).
- PCB printed circuit board
- a microstrip line is a transmission line routed on an outer layer of a printed circuit board and isolated from a ground plane by a dielectric material.
- a coplanar line is a transmission line on a dielectric material, formed by a conductive track bordered on each side by a conductive return line.
- a suspended line is a transmission line routed on an outer layer of a printed circuit board, surrounded by a layer of air on each side of the circuit board. Each layer of air is itself covered by an outer ground plane.
- an attenuator is used to reduce the power of the RF signal, in particular to protect electronic equipment, while a load's primary function is to absorb an RF signal and dissipate it in the form of heat.
- coaxial attenuators and loads are designed with ceramic substrate circuits, such as Al2O3 , AlN or quartz .
- the transition 1 between a central contact 2 in the form of a cylindrical pin in its front part and a strip line 30 of the circuit 3 comprises a solder B. More precisely, the central contact 2 comprises a semi-cylindrical rear part delimited by a flat 20 which is soldered by means of the solder B on the strip line 30.
- these components linked by the transition 1 thus formed are secured to a component, called cartridge 4, by means of another solder on conductive lines 31 at the periphery of the dielectric support 32 of the circuit 3.
- These soldered lines 31 suspend the circuit 3 in the ground conductor constituted by the cartridge 4.
- the attenuator further comprises another central contact in the form of a socket 5 in which pin 2 is connected and a spacer 6 around these two central contacts 2, 5.
- This increase in frequency implies a reduction in the diameters of the central contacts, typically less than 0.8 mm, and in the dimensions of the transmission lines of the circuits, which generates a greater relative impact on the volumes of solder and their associated quantity, with various related drawbacks which the inventors may have been confronted with.
- transitions 1 such as those shown in figure 1 require significant control of the solder B, particularly its quantity, because this parameter strongly influences the frequency response, i.e. the RF parameters of the attenuator or the load depending on the frequency of the transmitted signal.
- the relative position of the central contact 2 with respect to the edge of the dielectric substrate 32 of the circuit 3 may be imprecise, due to the method of cutting the substrates. Indeed, the cutting of the circuits is carried out by grooving then breaking between the different circuits of the same dielectric substrate plate. However, a break has an irregular profile, which in fact induces a positioning of the central contact 2 with respect to the circuit 3, which is not reproducible both in distance and in angle.
- Figures 4A and 4B showing two different configurations of relative position of central contact 2 relative to circuit 3, respectively without space between the lateral edge of circuit 3 and central contact 2, and with a space E between them.
- the invention aims to meet all or part of this need.
- the invention relates, according to one of its aspects, to a transition between a central contact of a coaxial component and a transmission line of a circuit, in particular radiofrequency (RF), the central contact comprising a cylindrical front part and a rear part, in the extension of its front part, in contact and fixed to the transmission line by a solder, the rear part comprising at least one material recess, delimiting a volume forming a reserve for the solder.
- RF radiofrequency
- the flat rear part integrating the material recess is delimited by two flat and parallel faces.
- the rear part is a right parallelepiped or a trapezoidal cross-section shape.
- the height between the two flat and parallel faces being between 0.1 and 0.3 mm, preferably between 0.13 and 0.18 mm.
- the material recess opens out depending on the height.
- the material recess also opens onto at least one free end of the rear part of the central contact.
- the emerging material recess is at least partly cylindrical or parallelepipedal in shape.
- the cylindrical front part being distant from the circuit.
- the distance between the cylindrical part of the central contact and the edge of the facing circuit is between 0.1 and 0.8 mm, preferably between 0.35 and 0.45 mm.
- the transition according to the invention is advantageously configured to operate from direct current (DC) to 100 GHz, preferably from DC to 70 GHz.
- DC direct current
- the invention also relates to a passive or active electronic device, in particular radiofrequency (RF), comprising at least one transition as described above.
- RF radiofrequency
- a passive electronic device constituting a coaxial component selected from an attenuator, a divider, a coupler, a combiner, a load.
- the device according to the invention in particular as an attenuator, comprises a cartridge, as a part of the coaxial component, delimited by a side wall comprising at least one electrically conductive region and inside which the circuit is fixed, at least one of the conductive ground lines being connected to said electrically conductive region by at least one electrical connection provided by a solder, said side wall being crossed by a through-hole extending over the thickness of said side wall and providing direct access to the electrical connection to establish or control said electrical connection there.
- the access hole(s) in the side wall of the cartridge allow(s) easy access to the electrical connection area, to establish or check the latter, which is particularly advantageous when high quality electrical contact must be guaranteed between the component and the cartridge.
- the invention essentially consists of a transition between a central contact of a coaxial component and a transmission line of a circuit, in particular radiofrequency (RF), with a central contact whose rear part comprises a material recess delimiting a volume forming a solder reserve and is positioned directly on the transmission line, to establish the electrical contact.
- RF radiofrequency
- the connection of the central contact to the transmission line is made by means of a solder.
- front and rear are to be understood in relation to a coaxial component implementing at least one transition between a central contact and a transmission line of a circuit according to the invention.
- front part of a central contact is that intended to be coupled with another central contact.
- Each transition 1 between a central contact 2 in the form of a cylindrical pin in its front part and a suspended microstrip line 30 of an RF circuit 3 comprises a solder B.
- the central contact 2 comprises a flat rear part 21, in the form of a right parallelepiped, which is brazed by means of the brazing B on the line 30 in the form of a suspended micro-strip.
- the edges of the flat part 21 may be cylindrical.
- the flat part 21 is positioned directly on the RF line, to establish the electrical contact and the connection of the contact on the line 30 is finalized by the solder B.
- the circuit 3 is of the suspended microstrip type: it thus comprises a dielectric substrate 32, a main face of which supports both the transmission line 30 and two conductive ground lines 31 which extend to the periphery, each along a longitudinal edge of the substrate 32.
- these components linked by the transition 1 thus formed are secured to a component, called cartridge 4, for example by means of another solder on the conductive lines 31 at the periphery of the dielectric support 32 of the circuit 3.
- These ground lines 31 are intended to be soldered with a cartridge 4 of the coaxial attenuator, so as to suspend the circuit 3 in a ground conductor constituted by the cartridge 4.
- the attenuator further comprises another central contact in the form of a male-type socket 5 at its free end, in which is connected the pin 2 of one of the two central contacts 2 and a spacer 6 around at least a portion of the central contact 2 and of the socket 5.
- Pin 2 of the other of the two central contacts is connected to a female-type socket 50 at its free end, a spacer 6 also surrounding at least a portion of pin 2 and socket 50.
- the coaxial attenuator 10 further comprises two insulators 11.
- One of the insulators 11 is interposed between the pin 5 and a ground body 12 which is aligned with a first metal fixing body 13.
- the other of the insulators 11 is interposed between the socket 50 and a second metal fixing body 14.
- the rear part 21 of the central contact 2 has a material recess 22 opening over the entire height of this rear part 21.
- this material recess 22 also opens onto the free end of the rear part 21 and has the shape of a straight parallelepiped groove.
- having a flat shape 21 limits the rise of the solder B along the height of this rear part 21 of the central contact.
- the existence of a sharp edge at the intersection 210 of the upper flat face and the free edge stops the propagation of the solder over the height of the rear part of the central contact.
- the solder B will be limited to the height H of the flat, preferably of the order of 0.1 to 0.3 mm, preferably 0.13 to 0.18 mm.
- the variations in the height of the solder B are limited. This gives better control over the shape of the meniscus of the solder B than in the case of a semicylindrical rear part with a flat 20 as shown in Figures 2 to 3B .
- reproducibility of the RF performance from one coaxial attenuator 10 to another produced using the same method is obtained.
- the emerging material recess 22 also makes it possible to provide a volume which serves as a reserve for the solder RB.
- This reserve can therefore be more or less filled when the central contact 2 is placed on the solder.
- the level of this reserve filling has no effect on the RF performance of the coaxial attenuator 10. Indeed, this reserve RB, by absorbing more or less the excess solder B, makes it possible to greatly limit the impact of the quantity of solder on the performance of the attenuator 10.
- the flat part 21 makes it possible to obtain good mechanical strength.
- the value of this strength is given by the length of the peripheral edges A of contact between this part 21 and the transmission line 30, as shown in the figure 9 .
- the through groove 22 makes it possible to increase the contact length A and therefore to increase the mechanical strength of the central contact 2 on the circuit 3.
- FIG 11 Another advantage obtained by a transition 1 according to the invention is illustrated in figure 11 .
- the flat portion 21 of the central contact 2 is extended beyond the circuit 3, which makes it possible to guarantee the distance, or in other words the offset D, of the cylindrical portion 23 of the central contact 2 of the circuit 3.
- the offset is induced by a position of the central contact 2 relative to the edge of the circuit 3 which can vary according to a distance D.
- the offset between the circuit edge and the cylindrical contact portion 23 is between 0.1 and 0.8 mm, preferably between 0.35 and 0.45 mm.
- the variation in electrical impedance in zone Z at the free edge of circuit 3 is therefore not influenced by the relative position of the central contact with respect to the edge of circuit 3, as symbolized by the circled zone on the figure 11 . This helps to reduce the influence of the position of the central contact 2 on the RF performance of the attenuator 10.
- the inventors simulated the standing wave ratio (SWR) as a function of frequency, for a coaxial attenuator 10 integrating two transitions 1 according to the invention, in comparison with a coaxial attenuator integrating two transitions according to the state of the art. The result of this simulation is shown in figure 12 .
- SWR standing wave ratio
- Curve C1 represents the standing wave ratio for a coaxial attenuator comprising two transitions according to the state of the art, namely, for example with a central contact with a flattened semi-cylindrical rear part.
- Curve C2 represents the standing wave ratio for a coaxial attenuator comprising two transitions according to the invention.
- Curve C2 shows an improvement in the RF performance of the attenuator, over the frequency range DC - 70 GHz, since, for a given frequency, the standing wave ratio of C2 is lower than the standing wave ratio of C1 and approaches the value 1.
- the coaxial attenuator 10 as previously described implements a suspended micro-strip type circuit 3.
- FIG 16 shows a circuit 3' of the coplanar type on which a transition 1 according to the invention can be produced.
- This circuit 3' thus comprises a dielectric substrate 32, a main face of which comprises the transmission line 30 in the form of a strip, inserted in a coplanar ground plane 34 and at a distance S from the strip.
- the other main face opposite that of the transmission line 30, comprises a ground plane 33.
- FIG. 17 shows a 3" circuit of the suspended micro-strip type on which a transition 1 according to the invention can be produced.
- the 3" circuit in fact comprises a dielectric substrate 32, a main face of which comprises the transmission line 30 in the form of a strip, and which is inserted between two ground planes 33, 35.
- FIG 18 shows an advantageous variant embodiment of a cartridge 4 integrating within it at least one transition 1 according to the invention.
- at least one side wall 40 comprises a through hole 41 extending over the thickness of the side wall 40 and providing direct access to an electrical connection made by soldering between one of the ground lines 31 of the circuit 3 of the transition and an electrically conductive region 42 of the side wall. Direct access thus makes it possible to establish or control said electrical connection.
- the rear part 21 of the central contact 2 is a right parallelepiped, other shapes with parallel flat faces, one of which is in contact with the transmission line, can be envisaged.
Landscapes
- Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
- Multi-Conductor Connections (AREA)
- Waveguides (AREA)
Abstract
L'invention concerne une transition (1) entre un contact central (2) d'un composant coaxial (10), et une ligne de transmission (30) d'un circuit (3, 3', 3"), notamment radiofréquence (RF), le contact central comprenant une partie avant cylindrique (23) et une partie arrière (21), dans le prolongement de sa partie avant, en contact et fixée à la ligne de transmission par une brasure (B), la partie arrière (21) comprenant au moins un évidement de matière (22), délimitant un volume formant une réserve pour la brasure (RB). The invention relates to a transition (1) between a central contact (2) of a coaxial component (10), and a transmission line (30) of a circuit (3, 3', 3"), in particular radiofrequency (RF), the central contact comprising a cylindrical front part (23) and a rear part (21), in the extension of its front part, in contact and fixed to the transmission line by a solder (B), the rear part (21) comprising at least one material recess (22), delimiting a volume forming a reserve for the solder (RB).
Description
La présente invention concerne le domaine des circuits dont les fréquences de fonctionnement peuvent être à large bande allant de CC (acronyme de Courant Continu) ou DC (acronyme anglo-saxon pour « Direct Current ») aux radiofréquences (RF).The present invention relates to the field of circuits whose operating frequencies can be broadband ranging from CC (acronym for Direct Current) or DC (acronym for “Direct Current”) to radio frequencies (RF).
Elle concerne plus particulièrement une transition entre un contact central d'un composant coaxial radiofréquence (RF) et une ligne de transmission RF.It relates more particularly to a transition between a central contact of a radio frequency (RF) coaxial component and an RF transmission line.
Dans le cadre de l'invention, il faut comprendre le terme « transition » comme désignant une liaison passive permettant de passer d'un support coaxial de propagation d'un signal dans une large bande allant de DC aux radiofréquences (RF), à un autre support non coaxial. Par radiofréquence, on entend le sens usuel à savoir une fréquence d'onde électromagnétique située entre 3 KHz et 300 GHz. La bande de fréquence concernée peut être DC-67GHz, DC-70 GHz, DC-100 GHz ou au-delà.In the context of the invention, the term "transition" should be understood as designating a passive connection making it possible to pass from a coaxial medium for propagating a signal in a wide band ranging from DC to radio frequencies (RF), to another non-coaxial medium. By radio frequency, we mean the usual meaning, namely an electromagnetic wave frequency located between 3 KHz and 300 GHz. The frequency band concerned may be DC-67GHz, DC-70 GHz, DC-100 GHz or beyond.
L'invention vise à améliorer une telle transition, notamment pour des diamètres de contacts centraux et des dimensions de lignes de transmission, très faibles.The invention aims to improve such a transition, in particular for very small central contact diameters and transmission line dimensions.
Typiquement, il peut s'agir d'un diamètre extérieur de contact central inférieur à 0,8 mm.Typically this can be a center contact outer diameter of less than 0.8mm.
Typiquement, la ligne de transmission propage l'onde électromagnétique selon le mode Transverse Electro-Magnétique (TEM).Typically, the transmission line propagates the electromagnetic wave according to the Transverse Electro-Magnetic (TEM) mode.
Bien que décrite en référence plus particulièrement à une application entre une ligne coaxiale et une ligne planaire, l'invention s'applique à tous dispositifs passifs ou actifs à contact central d'un composant coaxial, notamment RF, tel qu'un atténuateur, diviseur, combineur, charge, coupleur et à tous circuits à ligne de transmission, telle qu'un triplaque, un micro-ruban, une ligne coplanaire ou une ligne suspendue.Although described with particular reference to an application between a coaxial line and a planar line, the invention applies to all passive or active devices with central contact of a coaxial component, in particular RF, such as an attenuator, divider, combiner, load, coupler and to all transmission line circuits, such as a strip line, a micro-strip, a coplanar line or a suspended line.
Une ligne tri-plaque (également nommée "stripline" en anglais) est une ligne de transmission entourée d'un matériau diélectrique et suspendue entre deux plans de masse sur la ou les couches internes d'un circuit imprimé (PCB de l'anglais « Printed Circuit Board »).A stripline is a transmission line surrounded by a dielectric material and suspended between two ground planes on the inner layer(s) of a printed circuit board (PCB).
Une ligne micro-ruban est une ligne de transmission routée sur une couche externe d'un circuit imprimé et isolée d'un plan de masse par un matériau diélectrique.A microstrip line is a transmission line routed on an outer layer of a printed circuit board and isolated from a ground plane by a dielectric material.
Une ligne coplanaire est une ligne de transmission sur un matériau diélectrique, formée par une piste conductrice bordée de chaque côté par une ligne conductrice de retour.A coplanar line is a transmission line on a dielectric material, formed by a conductive track bordered on each side by a conductive return line.
Une ligne suspendue est une ligne de transmission routée sur une couche externe d'un circuit imprimé, le tout entouré d'une couche d'air sur chacune des faces du circuit. Chaque couche d'air est elle-même recouverte par un plan de masse extérieur.A suspended line is a transmission line routed on an outer layer of a printed circuit board, surrounded by a layer of air on each side of the circuit board. Each layer of air is itself covered by an outer ground plane.
Dans le domaine de transmission de signaux radiofréquences (RF), il est connu d'utiliser des atténuateurs et des charges à contact central coaxial et lignes de transmission sous la forme d'une ligne planaire.In the field of radio frequency (RF) signal transmission, it is known to use attenuators and loads with coaxial center contact and transmission lines in the form of a planar line.
On rappelle ici qu'un atténuateur sert à baisser la puissance du signal RF, notamment pour protéger un équipement électronique tandis qu'une charge a pour fonction première d'absorber un signal RF et de le dissiper sous forme de chaleur.It should be remembered here that an attenuator is used to reduce the power of the RF signal, in particular to protect electronic equipment, while a load's primary function is to absorb an RF signal and dissipate it in the form of heat.
Actuellement, les atténuateurs et charges coaxiaux sont conçus avec des circuits à substrat céramique, tel qu'en Al2O3, AlN ou quartz.Currently, coaxial attenuators and loads are designed with ceramic substrate circuits, such as Al2O3 , AlN or quartz .
On a représenté aux
La transition 1 entre un contact central 2 sous la forme d'une broche cylindrique dans sa partie avant et une ligne ruban 30 du circuit 3 comprend une brasure B. Plus précisément, le contact central 2 comprend une partie arrière hémicylindrique délimitée par un méplat 20 qui est brasé au moyen de la brasure B sur la ligne ruban 30.The
Puis, ces composants liés par la transition 1 ainsi formée sont solidarisés à un composant, appelé cartouche 4, par l'intermédiaire d'une autre brasure sur des lignes conductrices 31 à la périphérie du support diélectrique 32 du circuit 3. Ces lignes 31 brasées suspendent le circuit 3 dans le conducteur de masse constitué par la cartouche 4.Then, these components linked by the
L'atténuateur comprend par ailleurs un autre contact central sous la forme d'une douille 5 dans laquelle est connecté la broche 2 et une entretoise 6 autour de ces deux contacts centraux 2, 5.The attenuator further comprises another central contact in the form of a
Pour bon nombre d'applications, on cherche à concevoir des atténuateurs et charges qui permettent de transmettre des signaux à fréquence de plus en plus élevée, notamment jusqu'à 67 GHz voire au-delà.For many applications, there is a need to design attenuators and loads that can transmit signals at increasingly higher frequencies, particularly up to 67 GHz or even beyond.
Cette montée en fréquence implique une diminution des diamètres des contacts centraux, typiquement inférieurs à 0,8 mm, et des dimensions des lignes de transmission des circuits, ce qui engendre un impact relatif plus important des volumes de brasure et de leur quantité associée, avec différents inconvénients afférents auxquels les inventeurs ont pu être confrontés.This increase in frequency implies a reduction in the diameters of the central contacts, typically less than 0.8 mm, and in the dimensions of the transmission lines of the circuits, which generates a greater relative impact on the volumes of solder and their associated quantity, with various related drawbacks which the inventors may have been confronted with.
En premier lieu, les transitions 1 telles que celles montrées à la
En effet, les variations de quantité de brasure B engendrent une variation géométrique autour de la partie arrière du contact central 2 qui est enrobée par la brasure B, ce qui se traduit par une variation importante des performances RF de l'atténuateur. Cela est illustré aux
Les limites des technologies actuelles rendent difficile pour ne pas dire impossible une maîtrise suffisante de la quantité de brasure, de façon à négliger l'influence sur la réponse en fréquence.The limitations of current technologies make it difficult, if not impossible, to control the quantity of solder sufficiently to ignore the influence on the frequency response.
Par ailleurs, la position axiale dans la cartouche 4, de la ligne de transmission 30 brasée au contact central 2 est difficilement maîtrisable avec une très bonne précision. Ainsi, les variations d'impédance électrique (variations d'adaptation), qui sont liées aux tolérances d'usinage et aux positions relatives des pièces, et qui permettent d'optimiser le Rapport d'onde stationnaire (ROS), ne peuvent donc pas être précises. Cela engendre des dispersions importantes introduisant de fortes variations des performances électriques. Ce phénomène est d'autant plus important à haute fréquence.Furthermore, the axial position in the
De manière plus détaillée, la position relative du contact central 2 par rapport au bord du substrat diélectrique 32 du circuit 3 peut être imprécise, du fait de la méthode de découpe des substrats. En effet, la découpe des circuits est effectuée par rainurage puis casse entre les différents circuits d'une même plaque de substrat diélectrique. Or, une casse présente un profil irrégulier, ce qui induit de fait un positionnement du contact central 2 par rapport au circuit 3, qui n'est pas reproductible à la fois en distance et en angle. Cela est illustré aux
Ces défauts de position du contact central entraînent des variations de l'impédance caractéristique de la ligne RF comprenant la ligne de transmission 30 et le contact central 2, ce qui réduit les performances de transmission du signal, encore plus à très haute fréquence. Enfin, la réduction dimensionnelle des pièces de l'atténuateur, imposée par la montée en fréquence comme évoqué ci-avant, conduit à réduire les zones de contact destinées à recevoir les brasures et donc à diminuer les quantités de brasure B. La diminution de ces zones, et donc des surfaces en vis-à-vis des pièces brasées, engendrent une diminution de leur tenue mécanique.These central contact position defects result in variations in the characteristic impedance of the RF line comprising the
Il existe donc un besoin pour améliorer les transitions, notamment radiofréquence (RF), entre un contact central d'un composant coaxial, et une ligne de transmission, notamment afin de pallier les inconvénients précités.There is therefore a need to improve the transitions, particularly radio frequency (RF), between a central contact of a coaxial component and a transmission line, particularly in order to overcome the aforementioned drawbacks.
L'invention vise à répondre à tout ou partie de ce besoin.The invention aims to meet all or part of this need.
Pour ce faire, l'invention a pour objet, selon l'un de ses aspects, une transition entre un contact central d'un composant coaxial et une ligne de transmission d'un circuit, notamment radiofréquence (RF), le contact central comprenant une partie avant cylindrique et une partie arrière, dans le prolongement de sa partie avant, en contact et fixée à la ligne de transmission par une brasure, la partie arrière comprenant au moins un évidement de matière, délimitant un volume formant une réserve pour la brasure.To do this, the invention relates, according to one of its aspects, to a transition between a central contact of a coaxial component and a transmission line of a circuit, in particular radiofrequency (RF), the central contact comprising a cylindrical front part and a rear part, in the extension of its front part, in contact and fixed to the transmission line by a solder, the rear part comprising at least one material recess, delimiting a volume forming a reserve for the solder.
Selon un mode de réalisation avantageux, la partie arrière plate intégrant l'évidement de matière est délimitée par deux faces planes et parallèles.According to an advantageous embodiment, the flat rear part integrating the material recess is delimited by two flat and parallel faces.
Selon un mode de réalisation avantageux, la partie arrière est un parallélépipède droit ou une forme de section transversale trapézoïdale.According to an advantageous embodiment, the rear part is a right parallelepiped or a trapezoidal cross-section shape.
De préférence, la hauteur entre les deux faces planes et parallèles étant comprise entre 0,1 et 0,3 mm, de préférence entre 0,13 à 0,18 mm.Preferably, the height between the two flat and parallel faces being between 0.1 and 0.3 mm, preferably between 0.13 and 0.18 mm.
Avantageusement, l'évidement de matière est débouchant selon la hauteur.Advantageously, the material recess opens out depending on the height.
Selon une variante de réalisation avantageuse, l'évidement de matière débouche en outre sur au moins une extrémité libre de la partie arrière du contact central.According to an advantageous embodiment variant, the material recess also opens onto at least one free end of the rear part of the central contact.
Selon une variante de réalisation avantageuse, l'évidement de matière débouchant est de forme au moins en partie cylindrique ou parallélépipédique.According to an advantageous embodiment variant, the emerging material recess is at least partly cylindrical or parallelepipedal in shape.
De préférence, la partie avant cylindrique étant distante du circuit.Preferably, the cylindrical front part being distant from the circuit.
Avantageusement, la distance entre la partie cylindrique du contact central et le bord du circuit en regard est comprise entre 0,1 à 0,8 mm, de préférence entre 0,35 et 0,45 mm.Advantageously, the distance between the cylindrical part of the central contact and the edge of the facing circuit is between 0.1 and 0.8 mm, preferably between 0.35 and 0.45 mm.
Plusieurs configurations avantageuses peuvent être envisagées :
- le circuit peut être du type à micro-ruban suspendu, comprenant un substrat diélectrique dont une face principale comprend la ligne de transmission sous la forme d'un micro-ruban, et des lignes conductrices de masse destinées à être brasées avec une pièce du composant coaxial, de sorte à suspendre le circuit dans un conducteur de masse constitué par ladite pièce;
- le circuit peut être du type coplanaire, comprenant un substrat diélectrique dont une face principale comprend la ligne de transmission sous la forme d'un ruban, insérée dans un plan de masse coplanaire et à distance S du ruban.
- the circuit may be of the suspended microstrip type, comprising a dielectric substrate of which a main face comprises the transmission line in the form of a microstrip, and ground conductive lines intended to be soldered with a part of the coaxial component, so as to suspend the circuit in a ground conductor constituted by said part;
- the circuit may be of the coplanar type, comprising a dielectric substrate of which a main face comprises the transmission line in the form of a strip, inserted in a coplanar ground plane and at a distance S from the strip.
La transition selon l'invention est avantageusement configurée pour fonctionner du courant continu (DC) à 100 GHz, préférentiellement du DC à 70 GHz.The transition according to the invention is advantageously configured to operate from direct current (DC) to 100 GHz, preferably from DC to 70 GHz.
L'invention concerne également un dispositif électronique passif ou actif, notamment radiofréquence (RF), comprenant au moins une transition telle que décrite précédemment.The invention also relates to a passive or active electronic device, in particular radiofrequency (RF), comprising at least one transition as described above.
Un dispositif électronique passif constituant un composant coaxial choisi parmi un atténuateur, un diviseur, un coupleur, un combineur, une charge.A passive electronic device constituting a coaxial component selected from an attenuator, a divider, a coupler, a combiner, a load.
Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif selon l'invention, notamment en tant qu'atténuateur, comprend une cartouche, en tant que pièce du composant coaxial, délimitée par une paroi latérale comprenant au moins une région électriquement conductrice et à l'intérieur de laquelle est fixée le circuit, au moins une des lignes conductrices de masse étant reliée à ladite région électriquement conductrice par au moins une connexion électrique assurée par une brasure, ladite paroi latérale étant traversée par un orifice traversant s'étendant sur l'épaisseur de ladite paroi latérale et offrant un accès direct à la connexion électrique pour y établir ou contrôler ladite connexion électrique.According to an advantageous embodiment, the device according to the invention, in particular as an attenuator, comprises a cartridge, as a part of the coaxial component, delimited by a side wall comprising at least one electrically conductive region and inside which the circuit is fixed, at least one of the conductive ground lines being connected to said electrically conductive region by at least one electrical connection provided by a solder, said side wall being crossed by a through-hole extending over the thickness of said side wall and providing direct access to the electrical connection to establish or control said electrical connection there.
Le ou les orifices d'accès dans la paroi latérale de la cartouche permet(tent) de faciliter l'accès à la zone de la connexion électrique, pour y établir ou contrôler cette dernière, ce qui est particulièrement avantageux quand un contact électrique de grande qualité doit être garanti entre le composant et la cartouche.The access hole(s) in the side wall of the cartridge allow(s) easy access to the electrical connection area, to establish or check the latter, which is particularly advantageous when high quality electrical contact must be guaranteed between the component and the cartridge.
Ainsi, l'invention consiste essentiellement en une transition entre un contact central d'un composant coaxial et une ligne de transmission d'un circuit, notamment radiofréquence (RF), avec un contact central dont la partie arrière comprend un évidement de matière délimitant un volume formant une réserve de brasure et vient se positionner directement sur la ligne de transmission, pour établir le contact électrique. La connexion du contact central sur la ligne de transmission se fait par le biais d'une brasure.Thus, the invention essentially consists of a transition between a central contact of a coaxial component and a transmission line of a circuit, in particular radiofrequency (RF), with a central contact whose rear part comprises a material recess delimiting a volume forming a solder reserve and is positioned directly on the transmission line, to establish the electrical contact. The connection of the central contact to the transmission line is made by means of a solder.
Les avantages de l'invention comparativement aux transitions selon l'état de l'art sont nombreux parmi lesquels on peut citer :
- un moindre impact de la brasure sur les performances RF du composant qui intègre la transition, du fait de l'évidement de matière qui définit la réserve de brasure ;
- une meilleure maîtrise de la forme de la brasure solidarisant le contact central à la ligne de transmission, grâce à la forme plate de la partie arrière du contact central comprenant des faces planes et parallèles ; ce qui induit une réduction des variations des performances sur le signal transmis, notamment RF ;
- une meilleure tenue mécanique de la transition par l'augmentation possible de longueur des arêtes de contact entre partie arrière du contact central et ligne de transmission, par la présence de l'évidement de matière débouchant ;
- une réduction de l'effet du positionnement du contact central relativement au circuit supportant la ligne de transmission, du fait de la longueur de la partie arrière plate du contact central qui peut être ajustée pour éloigner la partie cylindrique de ce dernier.
- a lower impact of the solder on the RF performance of the component integrating the transition, due to the material recess which defines the solder reserve;
- better control of the shape of the solder securing the central contact to the transmission line, thanks to the flat shape of the rear part of the central contact comprising flat and parallel faces; which induces a reduction in variations in performance on the transmitted signal, particularly RF;
- better mechanical resistance of the transition by the possible increase in the length of the contact edges between the rear part of the central contact and the transmission line, by the presence of the emerging material recess;
- a reduction in the effect of the positioning of the central contact relative to the circuit supporting the transmission line, due to the length of the flat rear portion of the central contact which can be adjusted to move the cylindrical portion away from the latter.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'exemples de mise en oeuvre de l'invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes.Other advantages and characteristics of the invention will become more apparent upon reading the detailed description of examples of implementation of the invention given for illustrative and non-limiting purposes with reference to the following figures.
-
[
Fig 1 ] lafigure 1 représente en vue en coupe longitudinale partielle et en perspective d'une partie d'une charge coaxiale avec une transition entre contact central et ligne de transmission RF, selon l'état de l'art.[Fig 1 ] therefigure 1 represents in partial longitudinal section and in perspective view of a part of a coaxial load with a transition between central contact and RF transmission line, according to the state of the art. -
[
Fig 1A ] lafigure 1A est une vue en coupe longitudinale partielle de lafigure 1 .[Fig 1A ] thereFigure 1A is a partial longitudinal sectional view of thefigure 1 . -
[
Fig 2], [Fig 2A], [Fig 2B ] lesfigures 2, 2A, 2B sont des vue en perspective, en coupe longitudinale et arrière d'une transition selon l'état de l'art avec une première brasure.[Fig 2], [Fig 2A], [Fig 2B ] THEFigures 2, 2A, 2B are perspective, longitudinal and rear section views of a state-of-the-art transition with a first brazing. -
[
Fig 3], [Fig 3A], [Fig 3B ] lesfigures 3, 3A, 3B sont des vue en perspective, en coupe longitudinale et arrière d'une transition selon l'état de l'art avec une deuxième brasure différente de la première brasure, résultant d'une maîtrise imparfaite du brasage.[Fig 3], [Fig 3A], [Fig 3B ] THEFigures 3, 3A, 3B are perspective views, in longitudinal and rear section of a transition according to the state of the art with a second brazing different from the first brazing, resulting from imperfect mastery of the brazing. -
[
Fig 4A], [Fig 4B ] lesfigures 4A et 4B sont des vues en coupe longitudinale partielle d'une partie d'un atténuateur coaxial avec une transition entre contact central et ligne de transmission RF, selon l'état de l'art, montrant deux configurations différentes de position relative entre les composants, résultant d'une maîtrise imparfaite de la position de la partie arrière du contact central sur le circuit.[Fig 4A], [Fig 4B ] THEFigures 4A and 4B are partial longitudinal sectional views of a portion of a coaxial attenuator with a transition between center contact and RF transmission line, according to the state of the art, showing two different configurations of relative position between the components, resulting from an imperfect control of the position of the rear part of the center contact on the circuit. -
[
Fig 5 ] lafigure 5 est une vue en perspective partielle d'une partie d'un atténuateur coaxial avec deux transitions entre contact central et ligne de transmission RF, selon l'invention.[Fig 5 ] therefigure 5 is a partial perspective view of a portion of a coaxial attenuator with two transitions between central contact and RF transmission line, according to the invention. -
[
Fig 5A ] lafigure 5A est une vue de détail de lafigure 5 .[Fig 5A ] thereFigure 5A is a detailed view of thefigure 5 . -
[
Fig 6 ] lafigure 6 reprend lafigure 5 avec en outre, en vue de coupe longitudinale, la cartouche et les entretoises agencées coaxialement autour des transitions selon l'invention.[Fig 6 ] therefigure 6 resumes thefigure 5 with further, in longitudinal section view, the cartridge and the spacers arranged coaxially around the transitions according to the invention. -
[
Fig 7 ] lafigure 7 est une vue en coupe longitudinale un atténuateur coaxial dans son intégralité avec deux transitions comme selon lesfigures 5 et6 .[Fig 7 ] therefigure 7 is a longitudinal sectional view of a coaxial attenuator in its entirety with two transitions as per thefigures 5 And6 . -
[
Fig 8A], [Fig 8B ] lesfigures 8A et 8B sont des vues en perspective partielle d'une transition selon l'invention.[Fig 8A], [Fig 8B ] THEFigures 8A and 8B are partial perspective views of a transition according to the invention. -
[
Fig 9 ] lafigure 9 est une vue en perspective partielle illustrant l'arête de contact entre la partie arrière d'un contact central dépourvue d'évidement de matière et une ligne de transmission pour la réalisation d'une transition à brasure.[Fig 9 ] therefigure 9 is a partial perspective view illustrating the contact edge between the rear portion of a center contact without a material recess and a transmission line for making a solder transition. -
[
Fig 10 ] lafigure 10 est une vue en perspective partielle illustrant l'arête de contact entre la partie arrière plate d'un contact central avec un évidement de matière débouchant et une ligne de transmission pour la réalisation d'une transition à brasure selon l'invention.[Fig 10 ] therefigure 10 is a partial perspective view illustrating the contact edge between the flat rear portion of a central contact with a material recess emerging therefrom and a transmission line for producing a solder transition according to the invention. -
[
Fig 11 ] lafigure 11 illustre en vue en coupe longitudinale partielle une partie d'un atténuateur coaxial avec une transition selon l'invention montrant une configuration de position relative entre les composants.[Fig 11 ] therefigure 11 illustrates in partial longitudinal sectional view a portion of a coaxial attenuator with a transition according to the invention showing a relative position configuration between the components. -
[
Fig 12 ] lafigure 12 illustre sous forme de courbe une simulation d'un Rapport d'ondes stationnaires (ROS) selon la fréquence, tel qu'obtenu avec une transition selon l'état de l'art et selon l'invention.[Fig 12 ] therefigure 12 illustrates in the form of a curve a simulation of a Standing Wave Ratio (SWR) according to the frequency, as obtained with a transition according to the state of the art and according to the invention. -
[
Fig 13], [Fig 14 ], [Fig 15 ] lesfigures 13, 14 ,15 illustrent, en perspective partielle, une transition selon l'invention avec différentes variantes de réalisation d'évidement de matière débouchant dans la partie arrière d'un contact central.[Fig 13], [Fig 14 ], [Fig 15 ] THEfigures 13, 14 ,15 illustrate, in partial perspective, a transition according to the invention with different variants of embodiment of material recess opening into the rear part of a central contact. -
[
Fig 16 ] lafigure 16 est une vue en coupe transversale d'une ligne coplanaire selon une première variante de circuit conforme à l'invention.[Fig 16 ] therefigure 16 is a cross-sectional view of a coplanar line according to a first circuit variant in accordance with the invention. -
[
Fig 17 ] lafigure 17 est une vue en coupe transversale d'une ligne micro-ruban suspendue, selon une deuxième variante de circuit conforme à l'invention.[Fig 17 ] therefigure 17 is a cross-sectional view of a suspended microstrip line, according to a second circuit variant in accordance with the invention. -
[
Fig 18 ] lafigure 18 illustre en perspective une variante de réalisation avantageuse d'une cartouche d'un atténuateur coaxial avec au moins une transition selon l'invention.[Fig 18 ] therefigure 18 illustrates in perspective an advantageous variant embodiment of a cartridge of a coaxial attenuator with at least one transition according to the invention.
Dans l'ensemble de la présente demande, les termes «avant» et « arrière» sont à comprendre par rapport à un composant coaxial mettant en oeuvre au moins une transition entre contact central et une ligne de transmission d'un circuit selon l'invention. Ainsi, la partie avant d'un contact central est celle destinée à être accouplée avec un autre contact central.Throughout the present application, the terms "front" and "rear" are to be understood in relation to a coaxial component implementing at least one transition between a central contact and a transmission line of a circuit according to the invention. Thus, the front part of a central contact is that intended to be coupled with another central contact.
Par souci de clarté, une même référence numérique est utilisée pour un même élément d'une transition selon l'état de l'art et d'une transition selon l'invention.For the sake of clarity, the same numerical reference is used for the same element of a transition according to the state of the art and a transition according to the invention.
Les
On a représenté sur les
Chaque transition 1 entre un contact central 2 sous la forme d'une broche cylindrique dans sa partie avant et une ligne micro-ruban suspendue 30 d'un circuit 3 RF comprend une brasure B.Each
Plus précisément, selon l'invention, le contact central 2 comprend une partie arrière plate 21, sous une forme de parallélépipède droit, qui est brasée au moyen de la brasure B sur la ligne 30 sous la forme d'un micro-ruban suspendu. Les bords de la partie plate 21 peuvent être cylindriques.More specifically, according to the invention, the
La partie plate 21 vient se positionner directement sur la ligne RF, pour établir le contact électrique et la connexion du contact sur la ligne 30 est finalisée par la brasure B.The
Le circuit 3 est du type à micro-ruban suspendu : il comprend ainsi un substrat diélectrique 32 dont une face principale supporte à la fois la ligne de transmission 30 et deux lignes conductrices de masse 31 qui s'étendent à la périphérie, chacune le long d'un bord longitudinal du substrat 32.The
Le procédé de réalisation d'une transition 1 selon l'invention consiste en les étapes suivantes :
- i/ dépôt d'une brasure B sur la ligne de
transmission 30 en bord ducircuit 3, - ii/ pose du contact central 2 avec sa partie arrière
plate 21 sur la brasure B en bord ducircuit 3, - iii/ passage en four pour réaliser le brasage et ainsi former
la transition 1.
- i/ depositing a solder B on the
transmission line 30 at the edge of thecircuit 3, - ii/ installation of the
central contact 2 with its flatrear part 21 on the solder B at the edge of thecircuit 3, - iii/ passage in the oven to carry out the brazing and thus form
transition 1.
Puis, comme montré à la
L'atténuateur comprend par ailleurs un autre contact central sous la forme d'une douille 5 de type mâle à son extrémité libre, dans laquelle est connectée la broche 2 d'un des deux contacts centraux 2 et une entretoise 6 autour d'au moins une portion du contact central 2 et de la douille 5.The attenuator further comprises another central contact in the form of a male-
La broche 2 de l'autre des deux contacts centraux est connectée à une douille 50 de type femelle à son extrémité libre, une entretoise 6 entourant également au moins une portion de la broche 2 et de la douille 50.
Tel qu'illustré à la
De préférence, la partie arrière 21 du contact central 2 présente un évidement de matière débouchant 22 sur la totalité de la hauteur de cette partie arrière 21.Preferably, the
Dans l'exemple illustré des
Ces
Comme cela est visible, le fait d'avoir une forme plate 21 limite la remontée de la brasure B le long de la hauteur de cette partie arrière 21 du contact central. L'existence d'une arête franche à l'intersection 210 de la face plate supérieure et du bord libre stoppe la propagation de la brasure sur la hauteur de la partie arrière du contact central. En effet, généralement la brasure B va se limiter à la hauteur H du plat, de préférence de l'ordre de 0,1 à 0,3 mm, préférentiellement de 0,13 à 0,18 mm. Les variations de hauteur de brasure B sont limitées. On obtient ainsi une meilleure maîtrise de la forme du ménisque de la brasure B que dans le cas d'une partie arrière hémicylindrique à méplat 20 comme montré aux
L'évidement de matière débouchant 22 permet en outre de fournir un volume qui sert de réserve à la brasure RB. Cette réserve peut donc être plus ou moins remplie lors de la pose du contact central 2 sur la brasure. Le niveau de ce remplissage de réserve n'a pas d'effet sur les performances RF de l'atténuateur coaxial 10. En effet, cette réserve RB, en absorbant plus ou moins l'excès de brasure B permet de limiter fortement l'impact de la quantité de brasure sur les performances de l'atténuateur 10.The emerging
Par ailleurs, la partie plate 21 permet d'obtenir une bonne tenue mécanique. La valeur de cette tenue est donnée par la longueur des arêtes périphériques A de contact entre cette partie 21 et la ligne de transmission 30, comme montré sur la
Comme montré à la
Un autre avantage obtenu par une transition 1 selon l'invention est illustrée à la
Ce décalage permet ainsi de rendre la transition 1 moins sensible aux défauts de position à la fois du contact central 2 relativement au bord de circuit 3 et du sous-ensemble circuit 3 et contact central 2 solidarisé par la transition 1 relativement à la cartouche 4 de l'atténuateur 10. Il permet aussi de s'affranchir des niveaux de finition des bords du circuit 3.This offset thus makes
La variation d'impédance électrique dans la zone Z au niveau du bord libre du circuit 3 n'est donc pas influencée par la position relative du contact central par rapport au bord du circuit 3, comme symbolisé par la zone encerclée sur la
Les inventeurs ont simulé le rapport d'ondes stationnaires (ROS) en fonction de la fréquence, pour un atténuateur coaxial 10 intégrant deux transitions 1 selon l'invention, en comparaison avec un atténuateur coaxial intégrant deux transitions selon l'état de l'art. Le résultat de cette simulation est montré à la
La
Différentes variantes de formes d'évidement de matière débouchant sont illustrés aux
l'extrémité libre 24 de la partie arrière 21 en forme de T délimitant deux rainures débouchantes de part et d'autre, chacune de forme substantiellement parallélépipédique,- une rainure débouchante 25 sous la forme d'un cylindre creux au sein de la partie arrière 21,
- une rainure débouchante 26 sous la forme d'un cylindre creux débouchant sur la ligne de
transmission 30 par un prolongement de forme parallélépipédique droite.
- the
free end 24 of therear part 21 in the shape of a T delimiting two grooves opening out on either side, each of substantially parallelepiped shape, - a through
groove 25 in the form of a hollow cylinder within therear part 21, - a through
groove 26 in the form of a hollow cylinder opening onto thetransmission line 30 by a straight parallelepiped-shaped extension.
L'atténuateur coaxial 10 tel que décrit précédemment met en oeuvre un circuit 3 de type à micro-ruban suspendu.The
D'autres variantes de circuit peuvent être mises en oeuvre dans le cadre de l'invention.Other circuit variants can be implemented within the scope of the invention.
La
La
La
D'autres variantes et améliorations peuvent être prévues sans pour autant sortir du cadre de l'invention.Other variations and improvements may be provided without departing from the scope of the invention.
Si dans les exemples illustrés, la partie arrière 21 du contact central 2 est un parallélépipède droit, d'autres formes à faces planes parallèles dont une en contact avec la ligne de transmission peuvent être envisagées.If in the examples illustrated, the
D'autres formes d'évidement de matière débouchant que celles illustrées peuvent être envisagées.Other forms of material hollowing out than those illustrated can be envisaged.
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Applications Claiming Priority (1)
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EP4439861A1 true EP4439861A1 (en) | 2024-10-02 |
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US20240347888A1 (en) | 2024-10-17 |
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