Brevet FR2372547A1 — publié le 19780623

L'invention concerne un filtre pour des ondes électromagnétiques très courtes, comportant plusieurs résonateurs coaxiaux accouplés entre eux, parmi lesquels au moins le premier et le dernier résonateurs sont munis de conducteurs de raccordement pour l'amenée ou la sortie de lténergie électromagnétique, et dans lequel les différents résonateurs sont disposés de telle manière que des résonateurs, qui se succèdent dans leur fonctionnement électrique, comportent une paroi de séparation commune possédant des ouvertures de couplage agissant de fa çon inductive, et dans lequel il est prévu comme couplage supplémentaire une broche de couplage agissant de façon capacitive dans la paroi de séparation commune entre le premier résonateur et le dernier résonateur et dans lequel en outre les axes médians des raccords coaxiaux d'entrée ou de sortie et l'axe de la broche de couplage forment respectivement des angles droits entre eux. Comme cela est connu, les filtres de la technique des micro-ondes sont constitués par plusieurs résonateurs micro-ondes accouplés entre eux et dont le couplage peut être réalisé soit de façon capacitive, soit de façon inductive. A l'opposé des filtres réalisés avec des éléments de circuit concentrés, on ne peut pas transférer tout circuit réalisable suivant la technique concentrée dans le domaine des fréquences des microondes, en raison de la configuration prédéterminée géométriquement de façon fixe des résonateurs. De telles difficultés appairaissent en particulier lorsqu'il importe d'obtenir ce qu'on appelle des pôles d'affaiblissement, c'est-à-dire des points infinis de l'affaiblissement dans la caractéristique d'affaiblissement des filtres.Une solution possible de ces difficultés est connue par exemple d'après le brevet américain nO 2 749 523 et consiste à accoupler entre eux de façon supplémentaire des résonateurs qui ne se succèdent pas directement dans leur fonctionnement. Ce couplage peut entre réalisé par 1 'in- termédiaire d'éléments de conducteurs pour lesquels cependant d'une part il faut veiller à un dimensionnement particulier de la longueur et pour lesquels d'autre part il se présente un encombrement supplémentaire, étant donné que ces conducteurs sont disposés à l'extérieur des résonateurs des filtres. Les demandes de brevet allemand publiées sous les numéros 1 942 867 et 1 942 909 ont déjà fait connaitre en outre à ce sujet le fait de disposer ou d'agencer les résonateurs d'un filtre micro-ondes à plusieurs circuits sur des lignes superposées de telle manière que pour l'insertion des couplages supplémentaires servant à l'obtention des pôles, on peut se passer de l'utilisation d'éléments ou de sections de conducteurs passant à l'extérieur du filtre.Un tel filtre, dans lequel des résonateurs se succédant dans leur fonctionnement électrique comportent une paroi de séparation commune possédant des ouvertures de couplage agissant de façon inductive et dans lequel on prévoit comme couplage supplémentaire une broche de couplage agissant de façon capacitive dans la paroi de séparation commune entre le premier et le dernier résonateur est connu par exemple d'après l'article "General Four-Resonator Filters-at Microwave Frequencies" de R.M. Kurzrok, dans la revue "IEEE Transactions on Microwaves Theory and Technique", Juin 1966, pages 295 à 296. L'obtention de pôles d'affaiblissement dans la caractéristique de filtres à micro-ondes est importante notamment dans le cas d'exigences élevées du point de vue de la sélectivité de canal voisin, étant donné que de ce fait, dans le cas d'une largeur de bande passante donnée, le degré nécessaire du filtre est plus faible que celui de filtres dont les flancs n'ont pas une raideur accrue. Dans de nombreux cas, on cherche également à ce que la caractéristique d'affaiblissement des filtres soit symétrique par rapport à la fréquence centrale de la bande passante. Alors une symétrie de la position des pôles d'affaiblissement par rapport au centre de la bande passante est nécessaire. Dans le cas d'une constitution en technique coaxiale, indiquée conformément à l'article de Kurzrok, d'une bande passante du type représenté dans son principe sur la figure 1, on obtient une mesure du fait que la dissymétrie d'un couple de pôles est d'autant plus importante que la distance despôles par rapport au centre de la bande passante est plus importante. Les minima d'affaiblissement possèdent également, conformément à cette dissymétrie, au-delà des pâles des valeurs d'affaiblissement différentes. Sur la figure I, annexée à la présente demande, on a représenté un filtre micro-ondes constitué de quatre résonateurs coaxiaux 1 à 4, suivant deux représentations en coupe. Les conducteurs intérieurs des résonateurs 1 à 4 sont désignés par les chiffres de référence 1' à 4'. Le premier résonateur 1 ainsi que que le dernier résonateur 4 sont munis de conducteurs de raccordement coaxiaux 5 et 6 respectivement et le couplage d'injection ou de sortie est réalisé respectivement sous la forme d'une boucle inductive. Les résonateurs, qui se succèdent dans leur fonctionnement électrique, sont accouplés entre eux par l'intermédiaire d'ouvertures de couplage 12, 23, 34 agissant de façon inductive. Pour l'obtention de pôles d'affaiblissement dans la caractéristique de transmission ou pour agir sur le temps de transit, le premier et le dernier résonateurs sont accouplés entre eux de façon connue par l'intermédiaire d'une broche de couplage 14 agissant de façon capacitive.Cette broche de couplage 14 repose dans un support en matière plastique 11, qui s'étend dans une fente étroite ménagée dans la paroi de séparation commune des deux circuits. De la courbe de mesure, représentée sur la figure 2 annexée à la présente demande, de la caractéristique d'affaiblissement du filtre de la figure 1, il ressort que pour une fréquence centrale de la bande passante de 4 GHz, les distances des pôles d'affaiblissement par rapport à la fréquence centrale de la bande passante diffèrent l'une de l'autre d'une valeur d'environ 4,4 MHz. En oùtre les minima d'affaiblissement situés au-delà des pôles d'affaiblissement supplémentaires diffèrent de 3,5 dB. D'autres mesures montrent que la dissymétrie des pôles devient de plus en plus grande lorsque la distance des pôles par rapport au centre de la bande passante augmente. La figure 3, annexée à la présente demande, montre pour une longueur de la broche de couplage égale à lk = 19 mm, le comportement caractéristique des trois grandeurs suivantes : distance du pôle a foo (représentée par la courbe 1 en trait plein ), dissymétrie des pôles (représentée par la courbe 2 formée de tirets) et inégalité des minima d'affaiblissement (courbes 1 et 3 représentées en traits mixtes), en fonction de la hauteur t de la broche de surcouplage 14 au-dessus du fond des résonateurs coaxiaux dans le cas du dispositif de la figure 1.Les courbes représentatives de la variation de ces trois grandeurs ont nettement une forme parabolique avec chacune un minimum. Par conséquent il n'est pas possible, au moyen d'un déplacement de la position de la broche de surcouplage pour le dispositif de la figure 1, notamment pour des distances des pôles plus importantes, d'obtenir une symétrie suffisante des pôles d'affaiblissement ou une suppression des différences des minima d'affaiblissement. D'autres mesures montrent que, également, une modification de la longueur lk de la broche de couplage ne conduit pas au résultat désiré. L'invention a pour but de résoudre autant que possible les difficultés mentionnées précédemment et d'indiquer pour des filtres micro-ondes une constitution dans laquelle les couples de pôles sont, pour chaque distance des pôles, symétriques par rapport à la fréquence centrale de la bande passante et dans lequel en outre les minima d'affaiblissement possèdent des valeurs dans une large mesure identiques. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un filtre pour des ondes électromagnétiques très courtes, comportant plusieurs résonateurs coaxiaux accouplés entre eux, parmi lesquels au moins le premier et le dernier résonateurs sont munis de conducteurs de raccordement pour l'amenée ou la sortie de l'énergie électromagnétique, et dans lequel les différents résonateurs sont disposés de telle manière que des résonateurs, qui se succèdent dans leur fonctionnement électrique, comportent une paroi de séparation commune possédant des ouvertures de couplage agissant de façon inductive, et dans lequel il est prévu comme couplage supplémentaire une broche de couplage agissant de façon capacitive dans la paroi de séparation commune entre le premier résonateur et le dernier résonateur et dans lequel en outre les axes médians des raccords coaxiaux d'entrée ou de sortie et l'axe de la broche de couplage forment respectivement des angles droits entre eux, caractérisé par le fait que les conducteurs intérieurs du premier et du dernier résonateurs sont disposés en étant excentrés, de telle manière que leur distance réciproque est accrue par rapport au cas d'une disposition centrée. L'invention part du fait connu que dans le cas d'un dispositif dans lequel les deux couplages sont décalés réciproquement dans l'espace de 900 et où en outre les conducteurs intérieurs des circuits devant être couplés sont disposés en étant excentrés, l'interaction entre le surcouplage supplémentaire et les couplages d'entrée ou les couplages intermédiaires est accrue et, - grâce à un choix adéquat de la valeur de l'excentricité, on peut agir sur la dissymétrie des pôles. Dans le dispositif conforme à l'invention, un avantage réside en particulier dans le fait que par suite de la distance réciproque. plus importante des conducteurs intérieurs du premier résonateur et du second résonateur, la longueur de la broche de couplage peut être modifiée dans une plage de valeurs relativement étendue. I1 est particulièrement avantageux, notamment pour satisfaire à des exigences différentes relatives à la caractéristique de filtre , de pouvoir modifier la longueur et la hauteur de la broche de couplage au-dessus du fond des résonateurs coaxiaux. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1, dont il a été déjà fait mention, montre deux vues en coupe d'un filtre connu. La figure 2, dont il a déjà été fait mention, représente une caractéristique d'affaiblissement associée au filtre de la figure 1. La figure 3, dont il a déjà été fait mention, représente d'autres courbes de mesure caractéristiques d'un filtre du type de celui de la figure 1. La figure 4 montre deux vues en coupe d'un filtre conforme à l'invention. La figure 5 représente une courbe de mesure de la caractéristique d'affaiblissement, associée au filtre de la figure 4. Les figures 6 à 8 montrent d'autres courbes de mesure du filtre de la figure 4. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, on a représenté suivant deux vues en coupe un filtre micro-ondes constitué de quatre résonateurs coaxiaux 1 à 4. Les conducteurs intérieurs des résonateurs 1 à 4, chargés de façon capacitive et constitués dans le cas de l'exemple de réalisation sous la forme de circuits en forme de pots coaxiaux possédant une section transversale circulaire, sont désignés par les chiffres de référence 1' à 4'. Le premier résonateur 1 ainsi que le dernier résonateur 4 sont munis, dans l'exemple de réalisation, de conducteurs coaxiaux de raccordement 5 et 6 et les systèmes de couplage d'entrée et de sortie sont réalisés sous la forme de boucles inductives.Les résonateurs 1 à 4, qui se succèdent dans leur fonctionnement électrique, sont accouplés entre eux par l'intermédiaire d'ouvertures de couplage 12, 23, 34 agissant de façon inductive. Pour l'ob- tention de pôles d'affaiblissement dans la caractéristique de transmission, le premier résonateur 1 et le dernier résonateur 4 sont accouplés entre eux par l'intermédiaire d'une broche de couplage 14 agissant de façon capacitive et disposée dans un support en matière plastique 11. On choisit un angle droit comme angle entre les axes des raccords coaxiaux d'entrée et de sortie 5 et 6 et l'axe de la broche de couplage 14. Conformément à l'invention, dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 4, dans lequel il s'agit d'un filtre passe bande de Tschébyscheff possédant un facteur de réflexion d'environ 2,5% et une largeur de bande li f g = 40 MHz, la dissymétrie des pôles d'affaiblissement est évitée et la différence des valeurs des minima d'affaiblissement est compensee dans une large mesure grâce au fait que les conducteurs intérieurs 1' et 4' du premier résonateur 1 et du dernier résonateur 4 sont disposés en étant excentrés, de telle manière que leur écartement réciproque est accru par rapport au dispositif centré connu de la figure 1. Grâce à la disposition, réalisée avec un décalage spatial de 900, des deux accouplements et par suite de la position simultanément excentrée des conducteurs intérieurs des circuits devant être accouplés, on obtient une interaction entre le surcouplage supplémentaire et les couplages d'entrée ou intermédiaires, qui permet grâce à un choix adéquat de la valeur de l'excentricité, d'obtenir des pôles disposés symétriquement par rapport au centre de la bande passante ainsi que des minima d'affaiblissement approximativement identiques au delà des pôles. Le support en matière plastique 11 de la broche d'accru plement 14 est disposé dans une fente étroite ménagée dans la paroi de séparation commune des résonateurs 1 et 4 et peut être réglé en hauteur au-dessus du fond du pot. Le bottier et les vis de réglage d'accord agissant de façon capacitive sont constitués en laiton et les conducteurs intérieurs comportant un alésage cylindrique dans le cas de l'exemple de réalisation sont réalisés avec de l'invar. De ce fait la bande passante comporte une compensation en température dans une large mesure et présente un coefficient de température du filtre égal au maximum à 3,2.10-6/0C. A partir de la courbe de mesure , représentée sur la figure 5, de la caractéristique d'un filtre conforme à l'invention du type représenté sur la figure 4, on peut voir que l'excentricité optimale nécessaire pour la distance désirée des pôles par rapport au centre de la bande passante (f 90 - fO = 70 MHz) pour obtenir la symétrie de la position desdits pôles, est déjà légèrement dépassée. Ceci est mis en évidence par le signe de la dissymétrie des pôles , modifié par rapport à la courbe de mesure de la figure 2, ainsi que par l'inversion des minima d'affaiblissement. Les figures 6 à 8 représentent la variation caractéristique des trois grandeurs que sont la distance des pôles, la dissymétrie des pôles et l'inégalité des minima d'affaiblissement, en fonction de la hauteur de la broche de surcouplage 14 au-dessus du fond du pot pour différentes longueurs lk de la broche de surcouplage. Sur ces figures on a représenté la variation de la distance des pôles 4 f par la courbe 1 en trait plein la variation de la dissymétrie des pôles par la courbe 2 formée de tirets et l'inégalité des minima d'affaiblissement par la courbe 3 formée d'un trait mixte, et ce en fonction de la hauteur t de la broche de surcouplage 14 au-dessus du fond du pot des résonateurs coaxiaux.Sur la figure 6 la longueur de la broche de surcouplage est égale à 26 mm, tandis que sur la figure 7 elle atteint 28 mm et que sur la figure 8, elle est égale à 30 mm. La variation de la dissymétrie des pôles (courbe 2) et de l'inégalité des minima d'affaiblissement (courbe 3) est modifiee de façon fondamentale par rapport au comportement parabolique des courbes correspondantes de la figure 3 : la forme parabolique a un signe opposé et l'on a un maximum au lieu d'un minimum. Afin d'avoir la preuve qu'effectivement l'interaction entre le couplage d'introduction et le surcouplage conditionne la position symétrique des pôles par rapport au centre de la bande passante, on a examiné un dispositif dans lequel le couplage d'injection et le surcouplageetaientsituésen étant diamétralement opposés et dans lequel la position des conducteurs intérieurs était également excentrée. Dans un autre dispositif, on a montré encore en supplément des circuits réactifs réspectivement aux emplacements où la boucle de couplage d'introduction est prévue dans la forme de réalisation de la figure 4. Les résultats de mesure pour les deux dispositifs montrent à nouveau une très grande dissymétrie des pôles et la variation de type parabolique avec un minimum, comme dans le cas de conducteurs intérieurs disposés centrés, par exemple dans le cas des figures 1 et 3. Dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 4, on peut toujours trouver pour la distance désirée entre pôles, une excentricité optimale pour laquelle, grâce à un choix adéquat de la longueur de la broche de surcouplage et de sa hauteur audessus du fond du pot, on peut rendre négligeable la valeur de dissymétrie et l'on obtient simultanément des minima d'affaiblissement possédant des valeurs approximativement égales. Dans le cadre de la présente invention, également, les résonateurs sont réalisés sous la forme de résonateurs coaxiaux court-circutés d'un côté et que les conducteurs intérieurs sont relics, d'un côté, de façon électriquement conductrice a une paroi du boîtier du filtre et sont constitués, sur la paroi op posée, sous la forme Ce condensateurs cylindriques grâce a une conformation adéquate du boîtier du filtre, ou bien les résonateurs sont réalisés avec la forme d'une structure de conducteurs en forme de peigne. REVENDICATIONS 1 - Filtre pour des ondes électromagnétiques très courtes, comportant plusieurs résonateurs coaxiaux accouplés entre eux, parmi lesquels au moins le premier et le dernier résonateurs sont munis de conducteurs de raccordement pour l'amenée ou la sortie de l'énergie électromagnétique, et dans lequel les différents résonateurs sont disposés de telle manière que des résonateurs, qui se succèdent dans leur fonctionnement électrique, comportent une paroi de séparation commune possédant des ouvertures de couplage agissant de façon inductive, et dans lequel il est prévu comme couplage supplémentaire une broche de couplage agissant de façon capacitive dans la paroi de séparation commune entre le premier résonateur et le dernier résonateur et dans lequel en outre les axes médianx des raccords coaxiaux d'entrée ou de sortie et l'axe de la broche de couplage forment respectivement des angles droits entre eux, caractérisé par le fait que les conducteurs intérieurs (1', 4') du premier et du dernier résonateurs (1,4) sont disposés en étant excentrés, et ce de telle manière que leur écartement réciproque est accru par rapport au cas d'une disposition centrée desdits conducteurs intérieurs. 2 - Filtre suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la longueur et la hauteur de la broche de couplage (14) au-dessus du fond des résonateurs coaxiaux (1 à 4) peuvent être modifiées. 3 - Filtre suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les résonateurs sont réalisés sous la forme de résonateurs coaxiaux court-circuités d'un côté et que les conducteurs intérieurs sont reliés, d'un côté, de façon elec- triquement conductrice à une paroi du boîtier du filtre et sont constitués, sur la paroi opposée, sous la forme de condensateurs cylindriques grAce à une conformation adéquate du boîtier du filtre. 4 - Filtre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les résonateurs sont réalisés avec la forme d'une structure-de conducteurs en forme de peigne.