ITMI981563A1

ITMI981563A1 - Dispositivo comprendente un risonatore dielettrico coassiale montato su microstriscia a basso rumore di fase e metodo per ridurre il

Info

Publication number: ITMI981563A1
Application number: IT98MI001563A
Authority: IT
Inventors: Roberto Tosini; Marco Gris; Graziano Vigano'; Alberto Villa
Original assignee: Alsthom Cge Alcatel
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2000-01-09
Also published as: DE69901412T2; US6114918A; CA2276918A1; ATE217459T1; DE69901412D1; EP0975088A1; ES2173718T3; EP0975088B1

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda il campo delle apparecchiature elettroniche ed in particolare riguarda un dispositivo, come ad esempio un oscillatore controllato in tensione montato su microstriscia, a basso rumore di fase e un metodo per ridurre tale rumore in tali dispositivi o in altri dispositivi comprendenti un risonatore ceramico coassiale montato su microstriscia.

In un oscillatore controllato in tensione (VCO) a basso rumore e montato su microstriscia e in cui viene utilizzato un tratto di linea di trasmissione coassiale in ceramica per simulare un induttore ad alto fattore di merito Q, è noto che la caratteristica di rumore di fase può essere seriamente influenzata dalla capacità parassita esistente tra la piazzola del terminale del risonatore e il piano di massa. Il problema è particolarmente evidente quando la banda di sintonia dell’oscillatore è piccola ovvero quando il diodo varactor, essendo debolmente fissato al risonatore, ha un’influenza limitata sul rumore di fase. Naturalmente la situazione diviene addirittura peggiore nel caso in cui si utilizzi un substrato a base di resine epossidiche di basso costo, con costante dielettrica relativamente alta, in cui la capacità parassita è più alta ed il fattore di merito Q è piuttosto scarso.

Quindi in pratica il problema tecnico da risolvere consiste nel trovare un sistema pratico ed efficace per ridurre l’inevitabile capacità parassita, e per garantire che il suo Q sia il più elevato possibile, ben maggiore di quanto consentito dalle perdite del substrato, in modo da non pregiudicare eccessivamente il fattore di merito complessivo del circuito risonante e con esso il rumore di fase dell’oscillatore.

Una soluzione nota per la risoluzione di tale problema prevede di montare in modo sollevato, o “in aria”, i componenti critici. In altre parole, in questa soluzione i due condensatori di accoppiamento, uno collegato al dispositivo attivo e l’altro al diodo varactor, vengono direttamente saldati tra il terminale del risonatore e le rispettive piazzole del circuito stampato senza venire in contatto con il piano del substrato. In questo modo, come risulta chiaro, in serie alla capacità a basso Q rappresentata dal substrato, si ha una seconda capacità, posta tra il terminale del risonatore e la faccia superiore del circuito a microstriscia che, avendo come dielettrico l’aria, ha un valore molto piccolo rispetto alla prima ed è caratterizzata da basse perdite. E’ peraltro facile verificare che la combinazione delle due capacità di cui sopra può essere rappresentata mediante un’unica capacità parassita equivalente le cui caratteristiche sono prossime a quelle della sola capacità in aria; si ottiene di conseguenza una notevole riduzione della capacità parassita verso massa in parallelo al risonatore e si aumenta il fattore di merito. Nonostante che questa soluzione sostanzialmente risolva il problema sopra evidenziato, essa comporta evidenti problemi di natura pratica e funzionale dal momento che richiede un posizionamento e una saldatura manuale (operazioni ovviamente lunghe, scomode e costose) dei due piccoli condensatori. In aggiunta, il terminale del risonatore deve essere accorciato leggermente attraverso operazioni meccaniche manuali che ancora una volta sono lunghe, imprecise, spesso rovinano irrimediabilmente il terminale stesso e, non da ultimo, impediscono l’automazione della procedura di montaggio.

Alla luce dei problemi di cui sopra e delle soluzioni non completamente sufficienti della tecnica anteriore, lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo, come ad esempio un oscillatore controllato in tensione montato su microstriscia, a basso rumore di fase e un metodo per ridune tale rumore in tali dispositivi o in altri dispositivi comprendenti un risonatore ceramico coassiale montato su microstriscia. Questo scopo viene brillantemente ottenuto mediante un dispositivo come indicato nella rivendicazione indipendente 1 e un metodo avente le caratteristiche indicate nella rivendicazione indipendente 9. Ulteriori caratteristiche vantaggiose dell’invenzione vengono indicate nelle rispettive rivendicazioni dipendenti.

II principio su cui si basa la presente invenzione sostanzialmente è quello di aumentare la distanza tra il piano di massa e il terminale del risonatore per mezzo di una piccola cavità piena d’aria ricavata nel supporto di metallo al di sotto della scheda del circuito stampato.

La presente invenzione risulterà certamente chiara dalla descrizione che segue, da leggersi con ri-ferimento ai disegni delle annesse figure illustrative, date a puro titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:

- la Fig. 1 mostra uno schema elettrico dei componenti critici in un dispositivo secondo la presente invenzione;

- la Fig. 2 raffigura in sezione trasversale parziale una disposizione convenzionale dei componenti critici;

- la Fig. 3 raffigura in sezione trasversale una disposizione nota e migliorata dei componenti critici; - la Fig. 4 mostra una vista in pianta, con le parti non visibili tratteggiate, della disposizione secondo la presente invenzione;

- La Fig. 5 ne è una vista in sezione trasversale; e

- la Fig. 6 è simile alla Fig. 4 ma riguarda una disposizione modificata o con cavità estesa.

E’ bene in primo luogo precisare che la descrizione che segue si riferisce ad un oscillatore controllato in tensione (Voltage Controlled Oscillator o, brevemente, VCO) solo per non rendere la descrizione stessa inutilmente lunga e confusa ma tale scelta non deve essere in nessun modo interpretata come una limitazione dell’invenzione. Inoltre gli stessi numeri di riferimento sono stati usati nelle varie figure per indicare gli stessi componenti o componenti funzionalmente equivalenti.

La Figura 1 mostra in modo schematico un comune oscillatore controllato in tensione, brevemente e comunemente noto come VCO. Esso comprende; un risonatore 10 con un terminale 12, un dispositivo attivo 14 con l’uscita del segnale 16, un diodo varactor 18 messo a terra, una rete di disaccoppiamento a RF (blocco 20) collegata ad una tensione di controllo 22, un primo condensatore con capacità Cb collegato al componente o dispositivo attivo 14 e un secondo condensatore con capacità Cv collegato al diodo varactor 18. La capacità parassita viene indicata con un ulteriore condensatore con capacità Cs.

La Figura 2 mostra in sezione trasversale parziale la disposizione convenzionale dei componenti indicati in Figura 1. In aggiunta sono stati indicati i punti di saldatura 30, il supporto metallico 32, il substrato 34 di materiale dielettrico provvisto di una sottile superficie superiore 36 e inferiore 38 di rame o altro materiale elettricamente conduttivo.

Claims

9) Metodo per ridurre il rumore di fase in un dispositivo comprendente almeno un risonatore dielettrico coassiale (10) montato su microstriscia, detto dispositivo comprendendo inoltre un substrato (34) di un materiale elettricamente non conduttivo con una prima e una seconda faccia (36, 38) di materiale elettricamente conduttivo e un supporto (32), detto almeno un risonatore (10) essendo montato sulla prima faccia (36) di detto substrato (34), detto supporto (32) essendo fissabile alla seconda faccia (38) di detto substrato (34), caratterizzato dalla fase di ricavare in detto supporto (32) una cavità (40) aperta verso detto substrato (34) ed estendentesi almeno sostanzialmente in corrispondenza di detto almeno un risonatore (10). 10) Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato inoltre dalla fase di ricavare in detta seconda faccia (38) di materiale elettricamente conduttivo di detto substrato (34) una finestra (42) priva di detto materiale elettricamente conduttivo sostanzialmente in corrispondenza di detta cavità (40). 11) Metodo secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato inoltre dalla fase di alloggiare in detta cavità del supporto (32) un coperchietto di un materiale elettricamente conduttivo. 12) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 9-11, caratterizzato inoltre dalla fase di riempire detta cavità (40), o il coperchietto in essa alloggiato, con aria o un dielettrico sostanzialmente equivalente. 13) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 9-12, caratterizzato dal fatto che l’altezza o profondità di detta cavità (40) è pari a circa due volte lo spessore del substrato (34). 14) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 9-13, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo è un oscillatore controllato in tensione montato su microstriscia. 15) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 9-13, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo è un filtro comprendente un numero di risonatori coassiali dielettrici (10) pari all’ordine del filtro stesso.