Brevet FR2034733A1 — publié le 19701211

x 2034733 La présente invention concerne les guides d'ondes électriques. La présente invention a pour objet de prévoir ion type de filtre réjeeteur simple, compact, à accord réglable. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un arrangement de guide d'ondes électriques capable de fonctionner comme m commutateur de mise en marche ou interrupteur et notamment comme commutateur d'un émetteur-récepteur de microondes. Suivant la présente invention, il est prévu un filtre de guide d'ondes comprenant un tronçon de guide d'ondes, une bifurcation dans le plan H d'une longueur prédéterminée, pour constituer dans ledit guide d'ondes non premier et m second canal de guide d'ondes, des moyens pour élever la fréquence de coupure dudit premier canal de guide d'ondes au-dessus de la fréquence de fonctionnement du filtre de guide d'ondes, des moyens pour terminer des éléments prédéterminés du premier canal par une réactance qui, à la fréquence de fonctionnement, soit la conjuguée de l'impédance caractéristique imaginaire du premier canal, et des moyens pour coupler le premier canal au tronçon de guide d'ondes. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisations, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels : Les figures 1, 2 et 3 représentent les vues de profil latérale et en plan, respectivement, d'un arrangement de guide d'ondes prévu pour fonctionner comme un filtre réjeeteur. La figure 4 représente une ligne de transmission constituant l'équivalent d'un élément de l'arrangement des figures 1, 2 et j5. La figure 5 est un circuit composé représentant l'équivalent de l'élément, La figure 6 représente la base de .fonctionnement de l'arrangement des figures 1, 2 et 3 comme filtre d'isolement- Les figures 7, 8 et 9 sont des vues de profil latérale et en plan, respectivement, d'un arrangement de guide d'ondes prévu pour fonctionner comme un commutateur interrupteur. Se référant aux figures 1, 2 et 3, un tronçon 1 de guide d'ondes, de section transversale rectangulaire, est divisé intérieurement par une bifurcation longitudinale 2 dans le plan H (une plaque de métal mince) en deux guides d'ondes 3 et 4 de hauteur réduite, La division dans le sens d.e la hauteur est telle que l'énergie électromagnétique incidente à une extrémité du tronçon 1 se répartit également entre les deux guides d'ondes de hauteur réduite 3 et 4. La largeur du guide d'ondes de hauteur réduite 4 (qui est identique à la largeur de la hauteur totale du guide d'ondes non divisé l) est telle qu'à la fréquence de fonctionnement de l'arrangement, le guide d'ondes de hauteur réduite 4 70 08095 2034733 2 soit propagateur des ondes. La largeur du guide d'ondes de hauteur réduite 3 est réduite,par exemple, par un épaisslssement des parois latérales 5 de manière qu'à la fréquence de fonctionnement, la fréquence de coupure du guide d'ondes de hauteur réduite 3 soit supérieure a la fréquence de fonctionnement. Le guide d'ondes de hauteur réduite 3 comporte deux vis d'adaptation capacitives 6, une à chaque extrémité et deux vis d'accord capacitives 7. Les fonctions de ces vis seront décrites ultérieurement. Les vis 6 et 7 sont situées sur la ligne centrale de la paroi la plus large du guide d'ondes, et chaque vis d'accord 7 est située au centre d'un élément de longueur % du guide d'ondes de hauteur réduite , 1& guide d'ondes de hauteur réduite ayant par conséquent une longueur égale à 2 ^ et contenant deux de ces éléments* chacun avec sa vis d'accord 7. Si l'on suppose que de l'énergie électromagnétique à la fréquence de fonctionnement voulue est présente, dans le mode H dominant, à l'extrémité de gauche du tronçon 1, du fait que le guide d'ondes de hauteur réduite 3 & des dimensions calculées pour qu'il soit au delà de la coupure à cette fréquence, tous les modes dans le tronçon sont évanescents. Un guide d'ondes aux fréquences inférieures à la coupure prép'""te des caractéristiques communos à tous les réseaux de filtre non dissipatifs dans leur région d'élimination de bande. L'impédance caractéristique qui est réelle dans la bande passante devient imaginaire dans la bande d'arrêt. La constante de propagation imaginaire dans la bande passante, devient réelle dans la bande d'arrêt. La ligne de transmission qui est l'analogue de l'élément de longueur du guide d'ondes de hauteur réduite 3 est représentée à la figure 4 sous la forme d'une ligne de longueur £ ayant une impédance caractéristique imaginaire positive et une constante de propagation réelle Y Pour les ondes H évanos-gentes, par conséquent, la longueur -€ se comporte comme une inductance pure. Le circuit composé équivalent de la figure 4 est représenté à la figure 5 sous la forme d'un circuit équivalent ~[j" donnant les valeurs de réactance et d'inductance en fonction de y ^ et Si l'élément de guide d'ondes est terminé dans une capacitance C de manière que la réactance capacitive soit la conjugée de la réactance inductive de l'élément, il s'effectue un transfert total d'énergie à travers l'élémont. Le transfert d'énergie est sensible à la fréquence et l'élément se comporte comme un filtre passe-bande Les limites de fréquence de bande passante (f^ et f2) sont données par les formules : 70 08095 2034733 3 th \ y 3. & = : (D zoi 2*C cth|y g f2 = ___ (2) z0i sire La fréquence centrale, fQ se produit à la moyenne géométrique 10 fO - Vfl • Par conséquent : f0 1 O) 2 V 0 01 15 La largeur de bande est une fonction de i et (dans le cas idéal sans perte) du fait aue^ ^ / j m on a alors th ——;>cth y1 ^ et la largeur de bande (f^ - f ) tend vers zéro. Le guide d'ondes de hauteur réduite 3 se comporte par conséquent comme un filtre passe-bande à deux éléments dans lequel la valeur requise pour que la capa-20 citance de chaque élément fournisse une adaptation conjuguée avec l'inductance de l'élément respectif est obtenue par un réglage approprié des vis d'accord capacitives 7 • Les deux vis d'adaptation 6 sont réglées pour éliminer les suseeptances shunt apparaissant à la transition entre le guide d'ondes à hauteur et largeur 25 totales et le guide d'ondes à hauteur et largeur réduites. Chaque élément du guide d'ondes de.hauteur réduite 3 provoque un retard de phase de II / 2 à la résonance de sorte que les deux sections ensemble provoquent un déphasage de l8o°„ La longueur de la bifurcation dans le plan H 2, est égale à la lon- 30 gueur d'onde du guide ( A g) ou un multiple entier de cette longueur, à la fréquence de fonctionnement. Comme il est indiqué à la figure 63 en supposant que l'onde d'entrée présente une amplitude égale à l'unité à l'extrémité d'entrée de l'arrangement, les impédances caractéristiques des deux réseaux, formés respectivement par le guide d'ondes de hauteur réduite 3- transmettant de l'énergie, dont 35 les vis 6 et 7 sont convenablement réglées, et par le guide d'ondes de hauteur réduite 4. transmettant de l'énergie, étant calculées de manière que l'énergie se répartisse également entre 3 et 4, du fait que le guide d'ondes de hauteur réduite 4 est propagateur, la phase de son onde à la sortie,- c'est-à-dire à /{ g de l'entrée, est la même que la phase de l'onde à l'entrée. 40 40 Le guide d'ondes de hauteur réduite 3 provoque un déphasage de l80° entre 70 08095 2034733 4 l'entrée et la sortie. L'onde de sortie présente par conséquent une amplitude nulle, toute l'énergie étant réfléchie. L'arrangement fonctionne ainsi comme un filtre réjeeteur pour une fréquence de fonctionnement donnée, la bifurcation dans le plan H 2, ayant une 5 longueur égale à À g ou un multiple entier de cette valeur, et le filtre passe-bande de mode évaneseent, à deux sections, formé par le guide d'ondes de hauteur réduite 3 étant accordé sur une fréquence centrale qui est la fréquence de fonctionnement. On appréciera qu'il est également possible de prévoir un filtre passe-bande de mode évaneseent à quatre éléments avec une longueur de bifurcation dans 10 le plan H de 1 l/2 A g , du fait que cette combinaison provoquerait également le déphasage de 180° voulu pour une onde de sortie d'amplitude nulle. Avec ion tel réglage, il s'effectue un transfert total d'énergie à travers le filtre passe-bande de mode évaneseent. Avec un déréglage progressif, la quantité d'énergie transmise est progressivement réduite jusqu'au moment où le guide 15 d'ondes de hauteur réduite 3 se comporte uniquement comme un tronçon de guide, utilisé en dessous de la fréquence critique, avec une très forte atténuation. En l'absence de tout transfert d'énergie à travers le guide d'ondes 3 évaneseent et avec une propagation totale d'énergie à travers le guide d'ondes propagateur 4, l'arrangement se trouve dans la position "en service" d'un commuta-20 teur. Lorsque le filtre de mode évaneseent est accordé à la fréquence de fonctionnement, l'arrangement se trouve dans la position "hors service" d'un commutateur. Si des mesures peuvent,être prises pour que la position accordée (hors service) soit rapidement transformée en position'désaccordée (en service) l'arran-25 gement peut fonctionner comme un commutateur interrupteur. Les figures 7, 8 et 9 représentent un tel arrangement qui peut passer très rapidement de la position "en service" à la position "hors service". L'arrangement est semblable à celui déjà décrit et les mêmes références numériques ont été utilisées pour désigner les éléments identiques des deux arran-30 gements. Le guide d'ondes de hauteur réduite 3* dans l'arrangement maintenant décrit, comporte de plus deux bandes 10 de matériau ferromagnétique, ferrite ou grenat par exemple, sur chaque paroi latérale, la longueur des bandes 10 étant égale à celle de la bifurcation dans le plan H 2, c'est-à-dire g. Les bandes ferromagnétiques 10 sont soumises à un champ magnétique transversal de 35 courant continu H, de Il a été établi que pour une ferrite magnétisée transversalement dans un guide d'ondes rectangulaire (mode H^), la fréquence de coupure peut être gouvernée par le champ magnétique de courant continu. La fréquence de coupure peut être amenée à une valeur supérieure ou inférieure à celle de la valeur du guide d'ondes 40 à vide- Ceci résulte du fait que la perméabilité effective ,u de la ferrite / ® 70 08095 2034733 peut varier d'une valeur positive à une valeur négative sous l'influence du champ magnétique de courant continu, Ain i pour yu \ 0 le champ haute fréquence est concentré dans la ferrite et la largeur effective du guide d'ondes est augmentée, tandis que pour /u Q \ 0 l'énergie haute fréquence est exclue de la 5 ferrite et la largeur effective est réduite. Ainsi pour un champ magnétique donné (qui peut être nul) dans les bandes ferromagnétiques, la largeur effective du guide d'ondes à hauteur réduite 3 est déterminée. L1 impédance caractéristique imaginaire du guide d'ondes évaneseent. 3 est fonction de cette largeur effective, et avec les deux sections du guide d'on.-10 des évaneseent accordé par les vis 7 pour ménager une adaptation conjuguée avec l'inductance de l'élément respectif à la fréquence centrale du filtre passe-bande de mode évaneseent correspondant à la fréquence de fonctionnement, il y a transfert total d'énergie à travers les deux guides d'ondes de hauteur réduite 3 et 4- (4- étant propagateur),1'onde de sortie ayant une amplitude nulle par suite 15 du déphasage de l8C° provoqué par le filtre passe-bande. Ceci correspond à la position "hors service". Une variation du champ magnétique H^c provoque une altération de la largeur effective du guide d'ondes utilisé en dessous de la fréquence critique 3- Ceci entraîne une modification de l'impédance caractéristique imaginaire de sorte que 20 le réglage des vis d'accord 7 ne fournit plus la condition d'adaptation conjuguée requise pour un transfert d'énergie total à travers le guide d'ondes évaneseent. En modifiant le champ magnétique suffisamment pour désaccorder le filtre et entrainer un transfert nul d'énergie à travers le guide d'ondes utilisé,évaneseent 3, il y a une sortie de l'onde propagée à travers le guide d'ondes propagateur 4. 25 Ceci correspond à la position "en service". On peut faire varier le champ magnétique, quand il est appliqué par les pôles d'un aimant permanent, à condition que ces pôles soient mobiles et, quand il est appliqué par des pôles électromagnétiques, en faisant varier le courant. La variation requise du champ magnétique peut être réalisée très rapidement 30 pour que l'arrangement fonctionne comme un commutateur interrupteur destiné à êtres utilisé, par exemple, comme commutateur d'un émetteur récepteur de microoncies. A titre d'exemple, un arrangement chargé par un élément ferromagnétique*tel que décrit en relation avec les figures 7. 8 et 9„ constitué dans un guide d'ondes ayant me largeur de 22 m/m 8 (0,9 pouce) et une hauteur non divisée de 10 m/m 16 35 (0.4 pouce), le guide d'ondes de hauteur réduite de mode évaneseent ayant une largeur de 15 m/m 7 (0.622 pouce) avec un champ magnétique de 890 gauss à une fréquence de fonctionnement de 8,83 '3Hz. présente une perte par insertion durant la transmission de 0,3 db et une largeur de bande \ 43 db sur une bande de fréquence de 30 Mhz (8,81 - 8,84 GHz). 40 II a été indiqué dans la description qui précède que chaque élément du filtre 70 08095 6 2034733 passe-bande de racwîe évaneseent formé par le guide d'ondes de hauteur réduite introduit un retard de phase de TJ /2 (90°). Bien que ceci soit vrai quand chaque élément est accordé avec précision sur la fréquence de fonctionnement, un léger désaccord permet encore un transfert d'énergie notable mais, comme en tout cir-5 cuit accordés la variation de phase importante peut coexister avec un désaccord mineur. Ainsi, en pratique, il est possible d'obtenir la variation de phase voulue, par exemple une variation de l80°, pour la fonction du filtre réjeeteur, par le filtre de mode évaneseent à deux sections, chaque section provoquant une variation de phase qui n'est pas Tf /2> mais les deux variations de phase additionnées 10 peuvent atteindre les l80° voulus. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec les exemples particuliers de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. 70 08095 2034733 7 REVENDICATIONS 1°) Filtre de guide d'ondes caractérisé en ce qu'il comporte t - un tronçon de guide d'ondes ; - une bifurcation dans le plan H de longueur prédéterminée pour constituer 5 dans le guide d'ondes un premier et un second canal guide d'ondes ; - des moyens pour élever la fréquence de coupure du canal de guide d'ondes au-dessus de la fréquence de fonctionnement du filtre de guide d'ondes ; - des moyens pour terminer des éléments prédéterminés du premier canal par une réactance qui, à la fréquence de fonctionnement, soit la conjuguée de l'impédance 10 caractéristique imaginaire du premier canal et - des moyens pour coupler le premier canal au tronçon de guide d'ondes. 2°) Filtre de guide d'ondes, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour coupler le premier canal au tronçon de guide d'ondes comprennent une première et me seconde vis disposées sur l'axe longitudinal du guide d'ondes, 15 et pénétrant dans le premier canal, une à chaque extrémité de la bifurcation dans le plan H • 3°) Filtre de guide d'ondes, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon prédéterminé comprend un nombre pair d'éléments prédéterminés et en ce que les moyens pour tenniner les éléments prédéterminés comprennent un nombre pair 20 de vis., une par élément, placées sur l'axe longitudinal du guide d'ondes et pénétrant dans le premier canal au point milieu des éléments prédéterminés. 4°) Filtre de guide d'ondes^ selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour augmenter la fréquence de coupure du premier canal de guide d'ondes comprennent un matériau ferromagnétique monté auprès des parois latérales du pre-25 mier canal de guide d'ondes, et des moyens pour appliquer un champ magnétique au matériau ferromagnétique. 5°) Filtré de guide d'ondes, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau ferromagnétique est une ferrite. 6°) Filtre de guide d'ondes, selon la revendication 4, caractérisé en ce que 30 les moyens pour coupler le premier canal au tronçon de guide d'ondes, comprennent uns première et une seconde vis placées sur l'axe longitudinal du guide d'ondes, pénétrant dans le premier canal, une à chaque extrémité de la bifurcation dans le plan H. 7°) Filtre de guide d'ondes, selon la revendication 4, caractérisé en ce que 35 le tronçon prédéterminé comprend un nombre pair d'éléments prédéterminés, et en ce que les moyens pour terminer ies éléments prédéterminés comprennent un nombre pair de vis, une par élément, placé© le long de l'axe longitudinal du guide d'ondes et pénétrant dans le premier canal au point milieu des éléments prédéterminés.