Brevet FR2460049A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne un filtre coupe-bande pour ligne de transmission hyperfréquence à constantes réparties réalisée en struc- ture planar et notamment suivant la technique du microruban, ainsi qu'un cir- cuit de polarisation de transistor hyperfréquence comprenant ce filtre. Une façon classique d'assurer la réception d'un signal hy- perfréquence consiste à prévoir dans le récepteur un mélangeur qui reçoit d'une part ce signal hyperfréquence utile de fréquence f et d'autre part un signal de fréquence fOL délivré par un oscillateur local et qui délivre un signal à une fréquence intermédiaire fFI égale à la différence des fréquences fS et f OL A la suite du mélangeur, il faut cependant placer un filtre qui empêche la transmission des fréquences f et fOL tout en favorisant celle de la fréquence plus faible fFI' c'est-à-dire un filtre passe-bas ou tout au moins coupebande. De tels filtres apparaissent à l'intérieur de l'étage d'am- plification décrit dans "Proceedings of the 4th European Microwave Conference", Montreux, septembre 1974, pages 97 à 100, (voir la figure 2), ou de l'étage oscillateur décrit dans "Proceedings of the 5th European Microwave Conference", Hambourg, septembre 1975, pages 296 et suivantes (voir la figure 4). Néanmoins, si ce filtre est utilisé isolément comme dans le cas du second document, il n'a qu'une très faible bande coupée et ne peut convenir pour l'application en- visagée ci-dessus. Si plusieurs filtres sont au contraire associés, l'accrois- sement de bande coupée qui peut en résulter est compensé par l'apparition d'au- tres inconvénients, essentiellement l'encombrement du filtre global ainsi réa- lisé et l'absence de localisation précise de ce filtre par rapport au mélan- geur. Le but de l'invention est de proposer un filtre hyperfré- quence coupe-bande qui évite de tels compromis nécessairement peu satisfaisants et qui s'avère extrêmement compact tout en présentant unebande coupée assez large et en offrant un plan de court-circuit bien localisé par rapport au mé- langeur pour optimiser le rendement de celui-ci. L'invention concerne à cet effet un filtre coupe-bande ca- ractérisé en ce qu'il comprend: a) un premier élément de filtrage destiné à empêcher la transmission d'une pre- mière bande de fréquence et composé d'un filtre quart d'onde de longueur électrique égale au quart de la longueur d'onde X1 associée à la fréquence centrale de cette première bande, placé au point d'entrée du filtre coupe- bande et définissant en ce point un plan de court-circuit, b) un deuxième élément de filtrage destiné à empêcher la transmission d'une deuxième bande de fréquence adjacente à la première et composé d'un ensemble de deux voies de transmission en parallèle se séparant au point d'entrée du filtre coupe-bande et se regroupant au point de sortie de ce filtre coupe- bande de telle façon que les longueurs électriques de ces deux voies soient chacune égales à un nombre impair de fois le quart de la longueur d'onde 2 associée à la fréquence centrale de la deuxième bande de fréquence et que la OS différence de ces longueurs soit égale à un nombre impair de fois la moitié de cette longueur d'onde. Ce deuxième élément de filtrage est de préférence une boucle fermée de longueur électrique égale à À2 et raccordée transversa- lement à la ligne de transmission hyperfréquence en des points d'entrée et de sortie du filtre coupe-bande situés sur cette boucle à une distance l'un de l'autre égale à À2/4, et le premier élément de filtrage est situé à l'in- térieur de cette boucle. Le filtre coupe-bande ainsi réalisé utilise un espace extrê- mement restreint de façon très efficace, puisque la combinaison des deux élé- ments de filtrage et un choix judicieux de leurs dimensions permettent d'obte- nir à volonté la largeur de bande coupée souhaitée. De plus le raccordement de ces deux éléments de filtrage en un même point, au point d'entrée du filtre, dé- finit de façon unique et précise le plan de court-circuit des signaux dont on veut empêcher la transmission, ce qui rend l'action du filtre pratiquement indé- pendante de la fréquence dans la bande coupée (20 à 30 SO). Pour élargir encore la bande coupée par le filtre et éliminer la deuxième harmonique de la fréquen- ce centrale de l'une ou l'autre des deux bandes de fréquence déjà éliminées par les premier et deuxième éléments de filtrage, ce filtre peut comprendre au moins un troisième élément de filtrage destiné à empêcher la transmission d'une troisième bande de fréquence centrée.sur la fréquence double de la fréquence centrale de la première bande de fréquence et composé d'un filtre quart d'onde de longueur électrique X1/8 placé en parallèle sur l'une des deux voies de transmission à une distance du point d'entrée du filtre coupe-bande égale à (n - 1) À2/2, n étant un nombre entier positif compatible avec la longueur des voies de transmission, ou bien alternativement, destiné à empêcher la transmis- sion d'une troisième bande de fréquence centrée sur la fréquence double de la fréquence centrale de la deuxième bande de fréquence et composé d'un filtre quart d'onde de longueur électrique X2/8 placé en parallèle sur l'une des deux voies de transmission à une distance du point d'entrée du filtre coupe-bande égale à (n - 1) X2/2, n étant un nombre entier positif compatible avec la lon- gueur des voies de transmission. D'autres particularités et avantages de l'invention seront mieux compris en se référant à la description qui suit et aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques réalisations de l'in- vention et dans lesquels: - la figure 1 représente une première réalisation, à deux éléments de filtrage, du filtre coupe-bande selon l'invention; - les figures 2a et 2b montrent deux autres réalisations, à trois éléments de filtrage, du filtre coupe-bande selon l'invention; et - la figure 3 illustre l'application de l'invention à la polarisation d'un tran- sistor hyperfréquence. Le filtre coupe-bande représenté sur la figure 1 comporte un point d'entrée E, auquel se raccorde une partie amont Le de la ligne de transmission à laquelle est incorporé le filtre, et un point de sortie S, auquel se raccorde une partie aval Ls de cette ligne de transmission. Ce filtre coupe- bande est composé, selon l'invention, d'un premier élément de filtrage 10 et d'un deuxième élément de filtrage 20, destinés à empêcher la transmission res- pectivement d'une première bande de fréquence et d'une deuxième bande de fré- quence adjacente à la première. L'élément 10 est composé d'un filtre quart d'onde, de lon- gueur électrique égale au quart de la longueur d'onde X1associée à la fréquence centrale de la première bande de fréquence, et placé au point d'entrée E du fil- tre coupe-bande. L'élément 20 est composé d'un ensemble de deux voies de trans- mission 21 et 22 en parallèle qui se séparent au point d'entrée E, dans le plan de court-circuit défini par la présence du premier élément de filtrage 10, en- tourent l'élément 10 et se regroupent au point de sortie S. La première voie 21 suit dans l'exemple ici décrit un trajet en arc de cercle de longueur électri- que 2A2 (X 2 étant la longueur d'onde associée à la fréquence centrale de la deuxième bande de fréquence), tandis que la deuxième voie 22 suit un trajet en arc de cercle complémentaire, de longueur électrique 3 X2/4. Au point S o se réunissent les voies 21 et 22, les signaux à la fréquence correspondant à la longueur d'onde X2 arrivent donc en opposition de phase et aucun signal à cette fréquence n'est transmis à la partie LS de la-ligne de transmission. Le contour du filtre coupe-bande est, à l'évidence, extrê- mement compact, puisque la forme circulaire adoptée pour l'élément 20 est d'un encombrement très restreint et que l'intérieur de ce deuxième élément'est uti- lisé pour la mise en place du premier élément de filtrage. Par ailleurs, l'iso- lation assurée par le filtre coupe-bande selon l'invention est excellente, et limitée seulement par le couplage parasite (modes supérieurs) qui peut apparai- tre entre E et S (une atténuation de 60 dB peut par exemple être obtenue si l'on ne veut pas une bande passante supérieure à quelques pour cent). Il va de soi que les longueurs électriques des deux voies de transmission peuvent être supérieures à celles de l'exemple décrit ci-dessus; il importe seulement que chacune de ces longueurs soit égale à un nombre impair de fois le quart de la longueur d'onde >'2 et que la différence entre ces lon- gueurs soit égale à -2 (2m - 1) pour que l'opposition de phase soit bien ob- tenue en S (m est un nombre entier positif quelconque). L'exemple décrit plus haut, qui correspond à m = 1, correspond cependant à la réalisation la plus compacte et donc la plus avantageuse, à double titre d'ailleurs, d'une part pour son utilisation dans les applications o le faible encombrement des compo- sants joue un rôle primordial, et d'autre part pour mieux concentrer les champs électrique et magnétique et rendre ainsi le filtre moins sensible aux effets de proximité. Dans l'application qui avait été évoquée plus haut, la longueur d'onde ?1 est par exemple celle qui est associée au signal hyperfréquence uti- le de fréquencelreçu et destiné au mélangeur (par exemple une diode hyperfré- quence), et la longueur d'onde X2 celle qui est associée au signal de fréquence fOL fourni par l'oscillateur local et également envoyé vers le mélangeur. La partie aval L8 de la ligne de transmission ne reçoit que le signal de fréquen- ce f fourni par le composant non linéaire que constitue le mélangeur; les signaux de fréquence f5 et fOL n'atteignent pas cette partie L, grâce à l'ac- S OL s tion combinée des éléments de filtrage 10 et 20. Un accroissement de la bande de fréquence coupée par le filtre se- lon l'invention peut être obtenu si ce filtre comprend, conformément à la fi- gure-2a, un troisième élément de filtrage 30, destiné à empêcher la transmis- sion d'une troisième bande de fréquence centrée sur la fréquence double de la fréquence centrale de la deuxième bande de fréquence. En effet, toujours dans le cas de l'application précédemment envisagée, le signal de fréquence fOL dé- livré par l'oscillateur local a une amplitude en général bien supérieure à celle du signal hyperfréquence reçu, de fréquence fs, et la présence de l'har- monique de rang 2 de ce signal de fréquence fOL correspond donc à une perte d'énergie notable. L'introduction du troisième élément de filtrage 30 permet d'empocher la transmission de cette harmonique et d'éviter la détérioration du rendement qui résulte d'une telle transmission. Naturellement, ce troisiè- me élément de filtrage peut être prévu, si nécessaire, pour empêcher la trans- mission d'une troisième bande de fréquence centrée sur l'harmonique de rang 2 de la fréquence centrale de la première bande de fréquence, et non plus de la deuxième bande. Dans l'un ou l'autre cas, le troisième élément de filtrage 30 est un filtre quart d'onde placé en parallèle sur la deuxième voie de transmission 22, à une distance du point d'entrée E du filtre coupe-bande égale à 2A /2 (ou, si les longueurs des voies de transmission sont supérieures à celles des réa- lisations représentées sur les figures, à n \2/2, n étant un nombre entier 2460049 positif compatible avec ces longueurs). La longueur de ce filtre est À2/8 si l'on veut éliminer l'harmonique de rang 2 du signal filtré par le deuxième élé- ment de filtrage 20, ou À1/S si l'on veut éliminer l'harmonique de rang 2 du signal filtré par le premier élément de filtrage 10. Par rapport à la figure 2a, o le troisième élément de filtrage 30 est raccordé à la voie de transmission 22 sur la partie extérieure de l'anneau, la figure 2b montre une variante de réalisation dans laquelle cet élément 30 est dirigé vers l'intérieur de l'anneau. Cette variante est très avantageuse puisqu'elle conserve au filtre coupe-bande selon l'invention son caractère ex- trêmement compact, malgré la présence d'un élément de filtrage supplémentaire. Dans la description qui précède, on a mentionné à plusieurs re- prises l'application essentielle que constitue l'utilisation du filtre selon l'invention dans un récepteur hyperfréquence. La figure 3 montre une autre ap- plication possible de l'invention, à savoir l'incorporation du filtre coupe- bande dans le circuit de polarisation d'un transistor hyperfréquence. Le filtre coupe-bande selon l'invention est raccordé (perpendiculairement dans le cas présent), en son point d'entrée E, à un tronçon 40 de ligne de transmission, lui-même placé en parallèle sur une ligne de transmission 41 comprenant un tran- sistor hyperfréquence 42 et un condensateur 45. La longueur du tronçon 40 est égale au quart de la longueur d'onde associée au signal hyperfréquence traver- sant la ligne de transmission 41. Le filtre est par ailleurs raccordé (perpen- diculairement), en son point de sortie S, à un circuit d'alimentation 43 du transistor 42. Cette disposition permet au circuit 43 d'assurer la polarisation du transistor 42 par transmission de sa tension de polarisation à travers le tronçon de ligne 44, le filtre coupe-bande (tel que celui de la figure 1 par exemple), le tronçon 40 et la ligne 41. Inversement le signal hyperfréquence qui parcourt la ligne 41 ne peut atteindre le circuit 43 en raison du barrage efficace constitué par le filtre coupe-bande. L'action de filtrage est encore plus efficace si l'on donne au tronçon 40 une impédance aussi élevée que possi- ble. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux quel- ques exemples de réalisation qui viennent d'être décrits et représentés, à par- tir desquels d'autres variantes de réalisation peuvent être prévues sans pour cela sortir du cadre de l'invention. En particulier, la disposition circulaire des deux voies de transmission du deuxième élément de filtrage a été reconnue comme la plus compacte possible, mais une disposition en carré ou en rectangle, par exemple, reste très compacte et donc presque aussi avantageuse que celle décrite et représentée. 6 2460049 REVENDICATIONS 1. Filtre coupe-bande pour ligne de transmission hyperfréquence à constantes réparties réalisées en structure planar et notamment suivant la tech- nique du microruban, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un premier élément de filtrage destiné à empêcher la transmission d'une pre- mière bande de fréquence et composé d'un filtre quart d'onde de longueur électrique égale au quart de la longueur d'onde Xi associée à la fréquence centrale de cette première bande, placé au point d'entrée du filtre coupe- bande et définissant en ce point un plan de court-circuit, b) un deuxième élément de filtrage destiné à empêcher la transmission d'une deu- xième bande de fréquence adjacente à la première et composé d'un ensemble de deux voies de transmission en parallèle se séparant au point d'entrée du filtre coupe-bande et se regroupant au point de sortie de ce filtre coupe- bande de telle façon que les longueurs électriques de ces deux voies soient chacune égales à un nombre impair de fois le quart de la longueur d'onde '2 associée à la fréquence centrale de la deuxième bande de fréquence et que la différence de ces longueurs soit égale à un nombre impair de fois la moi- tié de cette longueur d'onde. 2. Filtre coupe-bande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième élément de filtrage est une boucle fermée de longueur élec- trique égale à X2 et raccordée transversalement à la ligne de transmijpion hy- perfréquence en des points d'entrée et de sortie du filtre coupebande'ysur cet- te boucle à une distance l'un de l'autre égale à À2/4 et en ce que le premier élément de filtrage est situé à l'intérieur de cette boucle. 3. Filtre coupe-bande selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un troisième élément de filtrage des- tiné à empêcher la. transmission d'une troisième bande de fréquence centrée sur la fréquence double de la fréquence centrale de la première bande de fréquence et composé d'un filtre quart d'onde de longueur électrique X1/8 placé en paral- lèle sur l'une des deux voies de transmission à une distance du point d'entrée du filtre coupe-bande égale à (n - 1)X2/2, n étant un nombre entier positif compatible avec la longueur des voies de transmission. 4. Filtre coupe-bande selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un troisième élément de filtrage des- tiné à empêcher la transmission d'une troisième bande de fréquence centrée sur la fréquence double de la fréquence centrale de la deuxième bande de fréquence et composé d'un filtre quart d'onde de longueur électrique X2/8 placé en paral- lèle sur l'une des deux voies de transmission à une distance du point d'entrée du filtre coupe-bande égale à (n - 1) X2/2, n étant un nombre entier positif 7 2460049 compatible avec la longueur des voies de transmission. 5. Circuit de polarisation d'un transistor hyperfréquence, comprenant un filtre coupe-bande selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes et caractérisé en ce que le point d'entrée du filtre est raccordé transversalement à un tronçon de ligne de transmission lui-même placé en paral- lèle sur une ligne de transmission reliée au transistor hyperfréquence, et en ce que le point de sortie du filtre est raccordé perpendiculairement à un cir- cuit d'alimentation de ce transistor, la longueur électrique du tronçon présent entre le point d'entrée du filtre coupe-bande et la ligne de transmission étant égale au quart de la longueur d'onde associée au signal hyperfréquence traver- sant cette ligne de transmission.