Brevet FR2285729A1 — publié le 19760416

La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux filtres à phase linéaire fonctionnant en hyperfréquence. Les filtres à phase linéaire permettent d'obtenir une faible dispersion du temps de propagation de groupe à l'intérieur de la bande passante définie Dar.. leurs caractéristiques physiques, et évitent ainsi lladjonction dégaliseurs de phase volumineux et lourds. De te1 s filtres trouvent une utilisation dans les émetteurs de puissance de systèmes de télécommunications, dans les radars, et plus particulièrement dans les satellites de télécommunications ou de diffusion de programmes de télévision pour lesquels l'encombrement et la masse sont des paramètres préponderants Des dispositifs connus de filtrage à phase linaire sont constitués par un ensemble de paires de cavités résonnantes parallélépipédiques couplées par trous, fonctionnant sur le mode électrique -ectangulaire TElO (ou H10). Ils présentent l'inconvénient de posséder des pertes d'insertion élevées qui se traduisent par un échauffement Important. La puissance admissible est donc limitée, de façon à pouvoir dissiper la quantité de chaleur dégagée. La présente invention a précisément pour objet un filtre hyperfréquence à phase linéaire possédant de faibles pertes dtinsertion dans a bande passante et admettant par conséquent une puissance plus élevée. te filtre è phase linéaire melon l'invention comportant un ensemble d paires de cavités résonnantes couplées du point de vue électrique par l'intermediaire d'orifices disposés de façon à réaliser d'une part un couplage entre les deux cavités de chaque Faire et d'autre part un couplage entre lesdites paires de cavités, esr. caractérisé notamment en ce que les cavités sont circulaire' et excitées à partir d'un guide d'onini de section rectangulaire fonctionnant sur le mode électrique rectangulaire TElO et couplé à la paroi cylindrique de la cavité d'entrée de façon que l'ensembie des cavités fonctionne sur le mode électrique circulaire TEO1. D'autres objets, avantages et caractbristiques de la prisent invention apparattront au cours de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite dascription étant faite en relation avec les dessins oints dans lesquels - les figures 1 et Z représentent une vue en perspective et une vue en coupe d'un filtre à phase linéaire selon l'invention; - les figures 3, 4, 5 et 5 représentent des variantes d filtre représenté aux figures 1 et 2 > permettant d'obtenir une meilleure élimination des modes parasites. Les figures 1 et 2 représentent une vue en perspective et une vue en coupe d'un filtre à phase linéaire selon l'invention. Les références correspondant aux mimes éléments du filtre sont identiques pour les deux figures. Ce filtre comprend un ensemble de paires de cavités résonnantes circulaires identiques 1-1', 2-2', 3-3' propres à résonner sensiblement sur la même fréquence. Les deux cavités de chaque paire sont tangentes et couplées du point de vue électrique par l'intermédiaire d'un orifice disposé sur leur ligne de tangence. Les différentes paires de cavités, alignées les unes par rapport aux autres et tangentes avec les paires voisines, sont également couplées du point de vue électrique, dans le sens longitudinal, par I'incrmbdiaire d'orifices disposés sur leurs lignes de tangence.Le couplage électrique transversal entre les deux cavités 1 et 1' et entre les deux cavités 2 et 2' a pour but de compenser la dispersion du temps de propagation de groupe des ondes électromagnétiques à l'intérieur des cavités successives 1, 2, 3, 3', 2' et 1'. Le coefficient de surtension des cavités circulaires étant extremement élevé, la bande passante de chacune d'elles est très étroite ; l'augmentation du nombre de paires des cavités résonnantes permet d'élargir la bande passante du filtre. La cavité 1 est couplée, par l'intermédiaire d'un orifice, à un guide d'ondes d'entrée 4, de section rectangulaire, situé dans l'alignement des cavités 1, 2 et 3 et fonctionnant sur le mode électrique rectangulaire TE10 ; le plus grand côté de la section'droite de ce guide est parallèle à la génératrice de la cavité 1. ta cavité 1' est couplée, également par l'intermédiaire d'un orifice, à un guide d'ondes de sortie 5 identique au guide d'entrée 4 et situé dans l'alignement des cavités 1', 2' et 3'. Les lignes de champ électrique E à l'intérieur du guide d'entrée 4 sont parallèles aux petits cotés de la section rectangulaire, alors que les lignes de champ magnétique H sont parallèles aux grands côtés. Le mode électrique rectangulaire TE10 sera donc transformé dans la cavité 1, puis de proche en proche, dans les autres cavités, en mode électrique circulaire du type TEOn, les lignes da champ électrique E' étant alors circulaires et concentriques à l'intérieur de chaque cavité. Parmi les modes électriques circulaires TECn, c'est le mode TEO1 qui possède le moins d'affaiblissement au cours de la propagation. Le diamètre D des cavités est donc déterminé de manière à laisser passer le mode circulaire TEO1 et -à couper le mode circulaire TE02 (et par conséquent les modes suivants TEOn d'ordres supérieurs). Afin d'éliminer au maximum les modes parasites, le diamètre D est choisi juste supérieur au diamètre endessous duquel le mode circulaire TEO1 n'est pas transmis. La fréquence de résonance des différentes cavités est fonction de leur profondeur h. Celle-ci peut être prise égale à une demi longueur d'onde, h auquel cas les orifices de couplage seront situés à une profondeur 2. Lesdits orifices de couplage ont une forme et une orientation (par exemple ellipses dont le grand axe est parallèle aux génératrices des cavités) calculées de façon à obtenir une efficacité de couplage optimale entre les cavités, afin d'avoir peu d'affaiblissement à l'intérieur de la bande passante et une dispersion rainirmrm du temps de propagation de groupe. Les parois des cavités ont une épaisseur grande devant l'épaisseur de peau et faible devantla longueur d'onde. Elles peuvent être rdalisées, de manière connue, en structure hélicoTdale de façon à mieux éliminer les modes parasites. Toujours dans ce but, les diamètres des cavités sont choisis très légèrement différents. On peut disposer une vis de réglage sur la paroi supérieure de chaque cavité, afin d'accorder les cavités entre elles à l'intérieur d'une certaine plage de fréquence. La figure 3 représente une vue en coupe d'une variante du filtre à phase linéaire représenté aux figures 1 et 2. Ce filtre comprend un ensemble de paires de cavités résonnantes circulaires identiques 6-6', 7-7', 8-8', un guide d'ondes d'entrée 9 relié à la cavité 6 et un guide d'ondes de sortie 10 relié à la cavité 6', les dimensions et la forme de ces différents éléments étant identiques à celles des éléments décrits dans le filtre des figures 1 et 2. Les deux cavités de chaque paire sont tangentes et couplées comme précédemment par l'intermédiaire d'un orifice disposé sur leur ligne de tangence.Seule varie la position des paires de cavités les unes par rapport aux autres : la paire de cavités 7-7' est décalée par rapport aux paires de cavités 6-6' et 8-8' de façon que la cavité 7 soit tangente à la fois aux cavités 6, 6', 8 et 8' et que la cavité 7' soit tangente aux cavités 6' et 8'. Les orifices de couplage ne sont alors plus alignés les uns par rapport aux autres. L'excitation électrique de la cavité 6 étant alors effectuée comae précédemment à partir du mode électrique rectangulaire TElO propagé dans le guide d'entrée 9, il y aura apparition du mode électrique circulaire désiré TEO1 à l'intérieur des différentes cavités. Mais ici, grâce à la position particulière des orifices de couplage les uns par rapport aux autres, et compte-tenu des diagrammes de répartition des lignes de champ et de l'énergie électromagnétique des modes circulaires parasites tels que TEll ou TE21, ceux-ci seront éliminés de façon plus complète que précédemment. D'autre part, cette configuration de filtre est plus compacte que celle du filtre précédent représenté aux figures 1 et 2. Les figures 4 et 5 représentent une vue en perspective et une vue en coupe d'une autre variante du filtre à phase linéaire selon l'invention. I1 comporte un ensemble de paires de cavités résonnantes circulaires iden-tiques 11-11', 12-12', 13-13', un guide d'ondes d'entrée 14 relié à la cavité 11 et un guide d'ondes de sortie 15 relié à la cavité 11', les dimensions et la forme de ces différents éléments étant identiques à celles des éléments décrits dans les filtres précédents.Les deux cavités de chaque paire sont superposées et couplées par l'intermédiaire de quatre orifices (par exemple fentes elliptiques) situés sur leur paroi commune et régulièrement répartis sur un cercle dont le diamètre d est calculé à partir de la valeur Kd de la première racine de la fonction de Bessel J (Kx) où K est constant pour une fréquence de résonance donnée Le diamètre d est ainsi sensiblement égal à 0,47 D. Les paires de cavités sont alignées suivant l'axe X'X et couplées entre elles par l'intermédiaire d'orifices situés sur les lignes de tangence. Les deux droites joignant chacune les deux orifices opposés situés sur la paroi commune aux deux cavités de chaque paire forment un angle de 450 avec l'axeX'X. L'excitation électrique de la cavité 11 est effectuée comme précédemment à partir du mode électrique rectangulaire TElO propagé dans le guide d'entrée 14 ; il y aura donc apparition du mode électrique circulaire TEO1 à l'intérieur des différentes cavités. En se référant aux diagrammes de répartition des lignes de champ et de l'énergie électromagnétique des modes circulaires, on constate que cette dernière disposition des orifices de couplage permet d'obtenir une très bonne atténuation des modes parasites. Ce filtre peut être replié de la façon représentée à la figure 6 qui est une vue en coupe. On retrouve des paires de cavités circulaires superposées 16-16', 17-17', 18-18', 19-19' ainsi que des guides d'ondes d'entrée et de sortie superposés 20 et 21. Les modes parasites sont mieux atténués et l'ensemble du filtre est plus-compact. Comme précédemment, les diamètres des cavités peuvent être choisis très légèrement différents les uns des autres. Ce dernier filtrepossède la configuration optimale pour un filtre hyperfréquence à phase linéaire. Au lieu de pertes del dBobtenues avec des filtres à cavités parallélépipédiques, celles-ci peuvent etre réduites à 0,3 dB avec le filtre representé à la figure 6, tout en maintenant une même dispersion du temps de propagation de groupe et la puissance transmise peut atteindre 5 kW pour une fréquence de 10 GHz. Bien entendu, les cavités circulaires des filtres décrits dans les exemples précédents peuvent être réalisées en plusieurs parties, mais dans tous les cas, les plans d'assemblage de ces différentes parties ne doivent pas couper les lignes de courant afin d'éviter les pertes. Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec des exemples particuliers de réalisation, il est clair qu'elle n'est pas limitée audits exemples, et qu'elle est sùsceptible d'autres variantes ou modifications sans sortir de son domaine. REVENDICATIONS I. Filtre hyperfréquence à phase linéaire pour l'obtention d'une faible dispersion du temps de propagation de groupe à l'intérieur de la bande passante, comportant un ensemble de paires de cavités résonnantes couplées du point de vue électrique par l'intermédiaire d'orifices disposés de façon à réaliser d'une part un couplage entre les deux cavités de chaque paire et d'autre part un couplage entre lesdites paires de cavités, caractérisé en ce que les cavités sont circulaires et excitées à partir d'un guide d'ondes de section rectangulaire fonctionnant sur le mode électrique rectangulaire TEIO et couplé à la paroi cylindrique de la cavité d'entrée de façon que l'ensemble des cavités fonctionne sur le mode électrique circulaire TEOl. 2. Filtre hyperfréquence à phase linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une paire de cavités sur deux est décalée par rapport aux dew: paires de cavités adjacentes de façon qu'une des deux cavités de ladite paire décalée soit tangente aux quatre cavités des deux paires adjacentes. 3. Filtre hyperfréquence à phase linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cavités de chaque paire sont superposées et couplées par l'intermédiaire de quatre fentes elliptiques uniformément réparties sur un cercle dont le diamètre d est sensiblement égal à 0,47 D (D étant le diamètre des cavités), les deux droites joignant chacune les deux fentes elliptiques opposées situées sur ledit cercle formant un angle de 450 avec la droite joignant les orifices de couplage des paires de cavités entre elles.