Brevet FR2060097A1 — publié le 19710611

i. 2060097 La présente invention concerne un filtre coaxial comportant des moyens d'absorption et de réflexion d'harmoniques . Jusqu'à présent, on a déjà proposé des filtres de réflexion d'harmoniques pour ligne coaxiale . Dans l'un de ces filtres, 5 des antennes de réflexion résonnant à la seconde harmonique sont portées par le conducteur intérieur d'une ligne coaxiale pour réfléchir l'énergie ondulatoire de seconde harmonique vers la source tout en permettant à l'énergie ondulatoire fondamentale de passer à travers le filtre coaxial vers 10 la charge . Une antenne résonnant à l'énergie ondulatoire réfléchie de seconde harmonique est disposée sur le conducteur central et couplée à une charge qui est placée dans le conducteur central pour absorber l'énergie ondulatoire réfléchie de seconde harmonique . Le problème avec ce filtre de la 15 technique antérieure réside en ce que la quantité d'énergie qu'il peut traiter est limitée en raison du fait que l'énergie ondulatoire de seconde harmonique est absorbée dans le conducteur central et que le refroidissement du conducteur central devient extrêmement difficile . 20 Par conséquent, l'invention a pour buts : de fournir un filtre coaxial perfectionné comportant des moyens d'absorption et de réflexion d'harmoniques j de fournir un filtre coaxial comportant des moyens de réflexion d'harmoniques de moyens capteurs résonnants disposés 25 entre les réflecteurs d'harmoniques et la source, ces moyens capteurs étant disposés sur le conducteur extérieur pour coupler l'énergie ondulatoire réfléchie d'harmoniques vers une charge située à l'extérieur de la ligne coaxiale, de sorte que la quantité d'énergie que peut traiter ce filtre coaxial est 30 augmentée ; de fournir un tel filtre dans lequel les moyens capteurs résonnants comprennent des moyens formant antenne disposés à l'intérieur du conducteur extérieur, et comportant une première antenne captrice accordée pour résonner à la seconde harmonique 35 et une seconde antenne captrice accordée pour résonner à la troisième harmonique ; un tel filtre dans lequel les première et seconde antennes captrices sont décalées axialement et circonférentiellement l'une par rapport à l'autre et par rapport à 1'axelongiïudianl 40 de la ligne coaxiale ; 70 29836 2. 2060097 un tel filtre dans lequel les moyens capteurs résonnants comprennent une antenne captrice résonnante fixée sur l'une des extrémités du conducteur extérieur et courbée vers une extrémité libre dans le sens circonférentiel entre les conduc-5 teurs intérieur et.extérieur de la ligne coaxiale, de aorte que l'espace axial de. la ligne coaxiale occupé par cette antenne est réduit au minimum . D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre . 10 Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : la Fig. 1 est un schéma en partie sous forme de blocs, en partie avec arrachement, montrant un filtre coaxial qui comprend les caractéristiques de l'invention ; la Fig0 2 est une vue en coupe de l'agencement suivant la 15 Fig. 1, prise suivant la ligne 2~2 de cette Fig. ; la Fig. 3 est une vue en coupe de l'agencement de la Fig. 1 suivant la ligne 3-3 montrant un mode de réalisation différent de l'antenne captrice suivant l'invention ; la Fig. 4 est un diagramme similaire à celui de la Fig. 1, 20 montrant une variante de l'invention; la Fig. 5 montre un graphique de la perte d'insertion en dB en fonction de la fréquence illustrant les caractéristiques de performances du filtre de la Fig. 1 ; la Fig. 6 est un graphique de la perte d'insertion en dB 25 en fonction de la fréquence montrant les performances du filtre d^ia Fig. 4 la Fig. 7 montre une vue en détail d'une portion de l'agencement de la Fig. 1 et représente une variante d'antenne de réflexion i 30 la Fig. 8 est une vue en détail d'une portion de l'agencement de la Fig. 1 délimitée par la ligne 8-8 et représentant une variante d'antenne et la Fig, 9 est une vue en détail, d'une portion de l'agencement de la Fig. 1 délimitée par la ligne 9-9 et représentant une 35 autre variante de l'antenne de réflexion . Sur les Fig. 1 et 2, on a représenté un filtre coaxial 1 suivant l'invention . Ce filtre est connecté à l'une de ses extrémités à une source d'énergie à haute-fréquence 2, telle qu'un klystron à très haute-fréquence, qui délivre de l'énergie 70 29836 3. 2060097 à une fréquence de sortie fondamentale fq, de 500 MHz, par exemple Cette énergie fondamentale est accompagnée d'harmoniques de la fondamentale dont il est souhaitable qu'elles soient absorbées ou au moins empêchés d'atteindre une charge 3 connectée à la 5 borne de sortie du filtre . Dans un exemple donné, l'énergie fondamentale est puisée et a une puissance de crête de 2 MWatts une puissance moyenne de 50 kWatts et contient 100 Watts d'énergie à la seconde harmonique et 30 à 50 Watts d'énergie à la troisième harmonique . 10 Le filtre d'harmonique 1 comprend une section de ligne coaxiale 4 ayant un conducteur extérieur 5 de 7,9 cm de diamètre extérieur par exemple, et un conducteur intérieur 6 de 3,3 à 3,8 cm de diamètre extérieur . La ligne coaxiale 4 peut avoir une longueur convenable quelconque, par exemple 15 de 60 cm . Le conducteur extérieur 5 porte une série d'antennes réfléchissantes 7 accordées à la seconde harmonjq ue et espacées axialement suivant la longueur de la ligne coaxiale 4 . Les antennes réfléchissantes successives 7 alternent entre l'un des cotés de la ligne et le côté diamétralement opposé de la ligne 20 4 dans le sens axial . L'espacement axial entre les antennes réfléchissantes 7 résonnant à la seconde harmonique est approximativement d'un quart de longueur d'onde à la seconde harmonique tel que l'énergie ondulatoire de seconde harmonique réfléchie par les antennes s'ajoute dans la direction réfléchie 25 vers la source à haute fréquence 2 . Dans un mode de réalisation préféré, les antennes réfléchissantes 7 sont constituées par des tronçons de conducteur d'un quart de longueur d'onde fixés à l'une des extrémités au conducteur extérieur 5 et s'étendant dans le sens axial entre le conducteur intérieur et 30 le conducteur extérieur et se terminant par une extrémité libre . Un autre jeu d'antennes 8 réfléchissantes, similaire à celui des antennes de seconde harmonique 7 , est accordé de façon à résonner à la troisième harmonique . Les antennes 35 successives de troisième harmonique 8 alternent entre l'un des côtés et le coté opposé du conducteur extérieur 5 et sont décalées de 90° circonférentiellement par rapport au premier jeu d'antennes de seconde harmonique 7 . Comme dans le cas de ces dernières, les antennes de réflexion de troisième 70 29836 4. 2060097 harmonique 8 ont un espacement axial entre des antennes successives d'un quart de longueur d'onde à la fréquence de la troisième harmonique de telle sorte que de l'énergie ondulatoire réfléchie par les antennes de réflexion successives 8 s'ajoutent dans la direction de réflexion vers la source à haute-fréquence 2. Une seconde antenne captrice 9 résonnant à la seconde harmonique est disposée dans le plan longitudinal du réseau d'antennes de réflexion à la seconde harmonique 7 et est espacée de ces antennes et la source 2 pour capter l'énergie réfléchie à la fréquence de la seconde harmonique . Un conducteur 11 est fixé à l'antenne captrice 9 pour appliquer l'énergie ondulatoire provenant de cette antenne vers une charge 12 telle qu'une chargçéoaxiale classique de 50 ohms afin d'absorber l'énergie ondulatoire réfléchie par la seconde harmonique captée par l'antenne 9 • Une antenne similaire 13 captrice de la troisième harmonique est espacée axialement par rapport aux antennes réfléchissantes 8 entre celles-ci et la source à haute-fréquence 2 afin de capter l'énergie ondulatoire réfléchie à la troisième harmonique . Un tronçon conducteur 14 est relié à l'antenne 13 pour coupler l'énergie ondulatoire à la troisième harmonique captée par cette antenne à une charge coaxiale 15 afir^d'absorber l'énergie ondulatoire réfléchie à la troisième harmonique . Les charges 12 et 14 peuvent être des terminaisons coaxiales ou des charges à l'eau afin de pouvoir traiter des puissances plus importantes . Dans un exemple donné du filtre de la Fig. 1., la charge 12 de seconde harmonique absorbe 100 Watts d'énergie à la seconde harmonique et la charge de troisième harmonique 15 absorbe 30 à 50 Watts lorsque l'énergie fondamentale a une énergie moyenne de 50 kWatts à 500 MHz . Sur la Fig. 3 on a représenté une variante d'une antenne captrice 16 de seconde harmonique qui comprend un tronçon conducteur d'un quart de longueur d'onde formant une antenne d'un quart de longueur d'onde fix® à l'une des extrémités au conducteur extérieur 5 et courbé suivant la direction cir-conférentielle entre les conducteurs intérieur et extérieur 6 et 5 respectivement, vers une extrémité libre terminale . L'avantage de cette antenne captrice 16 réside dans le fait 70 29836 5. 2060097 qu'elle nécessite une longueur beaucoup moins importante de la ligne coaxiale 4 que le font les antennes captrices 9 et 1J> qui sont dirigées axialement . Sur la Fig. 4 on a représenté une variante d'un filtre 5 coaxial 18 suivant l'invention .L'agencement de la Fig. 4 est à peu près identique à celui de la Fig. 1, à l'exception que l'agencement réfléchissant d'harmonique 19 comprend une série de disques conducteurs 21 de diverses épaisseurs axiales et d'espacements axiaux, ces disquesétant portés sur une 10 section du conducteur intérieur 6 de diamètre réduit afin de fournir un agencement réfléchissant d'harmoniques qui réfléchit les seconde à sixième harmoniques . Un tel agencement de filtre coaxial réfléchissant est décrit dans un. texte intitulé : "Microwave Filters, Impedance Matching Networks and Coupling 15 Structures", par Mattahei, G.L., L. Young et E.M.T, Jones, publié par Me Graw Hill Company, Inc. de New-York, en 1964 . Comne dans le mode de réalisation de la Fig. 1, les antennes captrices 9 et 1J pour les seconde et troisième harmoniques respectivement, sont espacées d'une distance appropriée 20 de l'agencement réfléchissant d'harmoniques 19, afin de capter et absorber l'énergie ondulatoire de seconde et troisième harmoniques réfléchie par le réflecteur 19 . Si on le désire, des antennes captrices d'harmoniques additionnelles pour absorber de l'énergie ondulatoire d'harmoniques plus élevées 25 peuvent être espacées à des emplacements circonférentiels divers autour du conducteur central 6 pour capter et absorber l'énergie ondulatoire de ces harmoniques supplémentaires . En se référant à la Fig. 5, on voit qu'il est représenté un graphique de la perte d'insertion en dB en fonction de la 30 fréquence pour le filtre 1 de la Fig. 1 . On peut voir, d'après le graphique de la Fig. 5, que l'énergie ondulatoire fondamentale indiquée à 22 passe à peu près sans atténuation vers la charge alors que les seconde et troisième harmoniques à 2fQ et 3fQ sont fortement atténuées . 35 La Fig. 6 montre un graphique de la perte d'insertion en dB en fonction de la fréquence pour le filtre suivant le mode de réalisation de la Fig. 4 . Dans ce mode de. réalisation, l'énergie ondulatoire fondamentale 22 passe à travers le filtre sans atténuation alors que les seconde à sixième harmoniques 70 29836 6. 2060097 sont à peu près entièrement réfléchies et les seconde et troisième harmoniques sont à peu près totalement absorbées par les charges extérieures 12 et 15 respectivement . Sur la Fig. 7 on a montré un agencement d'antenne réflé-5 chissanté suivant une variante par rapport à celle représentée à la Fig. 1, Dans ce mode de réalisation, l'antenne réfléchissante a une longueur d'approximativement une demi-longueur d'onde à 1'harmonique particulière et est connectée au conducteur extérieur 5 par un téton 23 qui est disposé au centre . 10 Sur la Fig0 8, on a représenté une autre antenne réfléchis sante définie par un tronçon de ligne coaxiale 24 dont les dimensions sont à peu près d'une demi-longueur d'onde à la fréquence d'harmonique respective et connecté au conducteur extérieur 5 par l'intermédiaire d'un tronçon court de ligne 15 coaxiale 25 <> En se référant maintenant à la Fig. 9» on a représenté un agencement réfléchissant 26 suivant une variante, qui comprend un tronçon de ligne coaxiale 27 plié à un quart de longueur d'onde et disposé autour du conducteur exté-20 rieur 5* ce tronçon étant couplé à l'énergie ondulatoire dans la ligne coaxiale par 1!intermédiaire d'un trou de couplage annulaire 28 „ Les résonateurs des Fig. 7 à 9 peuvent également être employés pour remplacer les résonateurs-capteurs, auquel cas 25 chacun des résonateurs respectifs serait couplé à un matériau de perte approprié ou une charge disposée à l'extérieur du conducteur extérieur 5 • Dans le cas du mode de réalisation de la Fig. 9,1e matériau de perte peut être disposé à l'intérieur du tronçon de quart de longueur d'onde de ligne coaxiale 30 plié 27 . 70 29836 7. 2060097 REVENDICATIONS 1. Filtre coaxial comprenant des moyens pour former une ligne coaxiale ayant un conducteur intérieur et un conducteur extérieur pour la transmission d'énergie à un mode fondamental 5 d'une source à une charge, des moyens formant un agencement réfléchissant d'ondes disposés dans ladite ligne coaxiale pour réfléchir de l'énergie aux harmoniques du mode fondamental vers la source, des moyens couplés à la ligne coaxiale entre la source et lesdits moyens réfléchissants d'harmoniques pour 10 capter et absorber l'énergie ondulatoire réfléchie des harmoniques, ce filtre étant caractérisé en ce que les moyens d'absorption et de captage d'harmoniques comprennent des moyens capteurs résonnants disposés sur ledit conducteur extérieur de la ligne coaxiale, ces moyens capteurs étant résonnants à au 15 moins une desdites harmoniques, des moyens formant charge disposés à l'extérieur dudit conducteur extérieur et des moyens pour coupler l'énergie ondulatoire d'harmoniques desdits moyens capteurs résonnants à ladite charge pour absorber l'énergie réfléchie des harmoniques . 20 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens capteurs résonnants comprennent des moyens d'antenne disposés à l'intérieur du conducteur extérieur et comportant une première antenne captrice accordée pour résonner à la seconde harmonique et une seconde antenne captrice 25 accordée pour résonner à la troisième harmonique . 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième antennes captrices sont décalées axialement et circonférentiellement l'une par rapport à 1'autre et par rapport à 1'axe longitudinal de ladite ligne coaxiale . 30 4. Appareil suivant la revendication 3* caractérisé en ce que les moyens réfléchissants d'harmoniques comprennent une série d'antennes réfléchissantes résonnantes s'étendant dans la ligne coaxiale à partir du conducteur extérieur, lesdites antennes étant espacées axialement le long de ladite ligne 35 coaxiale et comprenant une série d'antennes réfléchissantes alignées axialement résonnant à la seconde harmonique et une série d'antennes réfléchissantes alignées résonnant à la troisième harmonique, les antennes réfléchissantes à la seconde 70 29836 8. 2060097 harmonique étant décalées circonférentiellement par rapport aux antennes réfléchissantes de, troisème harmonique . 5. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens capteurs résonnants comprennent un élément 5 d'antenne fixé à l'une dex extrémités sur le conducteur extérieur et courbé circonférentiellement vers une extrémité libre entre les conducteurs intérieur et extérieur . 6. Appareil suivant?la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens capteurs comprennent une antenne conductrice 10 fixée à l'une des extrémités sur le conducteur extérieur de la ligne coaxiale et s'étendant vers une extrémité libre en direction axiale de la ligne coaxiale dans l'espace qii.se trouve entre les conducteurs extérieur et intérieur de celle-ci .