Brevet FR2431198A1 — publié le 19800208

L'invention concerne la réalisation de filtres passebandes accordables pour télécommunications au moyen d'ondes hyperfréquences. Les filtres hyperfréquences accordables dans une bande donnée sont connus. Le brevet français 2.235.498 déposé le 29 Juin 1973 au nom de la société THOMSON-CSF en décrit un présentant une bande passante de 40 Naz accordable dans la bande de fréquence cemprise entre 5,9 et 6,4 GHz. La figure 1 représente un tel filtre. Ce filtre constitué par un tronçon de guide 5 comporte quatre cavités résonnantes 1 à 4 adjacentes délimitées par des tiges métalliques repérées 10 à 19. Ces tiges ont leur axe perpendiculaire au grand côté du tronçon de guide 5 et sont disposées symétriquement par rapport au plan médian longitudinal perpendiculaire au grand côté du tronçon de guide 5.Quatre tiges diélectriques 20 a' 23, filetées à leur extrémité extérieure au tronçon de guide d'onde 5, placées chacune au milieu de llun des quatre cavités résonnantes, permettent d'ajuster indépendamment les fréquences d'accord en agissant sur la profondeur de pénétration des tiges. Le couplage entre deux résonateurs successifs est ajusté au moyen de tiges métalliques-24 à 28 dont la pénétration dans le tronçon de guide 5 est réglable, placées chacune dans l'un des plans transversaux définis par deux tiges métalliques fixes telles que 10 et 11, 12 et 13, etc... Le réglage d'un filtre tel que celui qui vient d'être décrit nécessite neuf opérations successives ; aussi, en vue de réduire leur durée totale au strict minimum par suppression des retours en arrière, a-t-on défini-le mode opératoire de façon précise. Néanmoins, la durée nécessitée par le réglage du filtre est suffisamment longue pour apparaitre comme un-inconvénient, d'autant plus que la qualité du résultat obtenu est fonction de l'habileté de l'opérateur et du temps qu'il a passé à effectuer le réglage. Le but de l'invention est un filtre accordable à commande unique utilisable dans une bande de fréquence donnée. Le filtre passe-bande pour hyperfréquence constitué d'un tronçon de guide d'ondes divisé en n cavités résonnantes (n étant au moins égal à 2) par des couples de tiges conductrices reliant les grands côtés du tronçon de guide et disposées symétriquement par rapport au plan médian longitudinal dudit tronçon de guide, accordable en fréquence, selon l'invention est caractérisé en ce que ledit tronçon de guide d'onde présente une fente longitudinale au milieu de l'une de ses grandes faces dans laquelle une lame plane est déplacée parallèlement aux petits côtés du guide d'onde et pénètre simultanément d'une première longueur ajustable dans lesdites cavités résonnantes et d'une longueur différente au voisinage desdites tiges conductrices. Selon une caractéristique de l'invention, des encoches sont prévues dans ladite lame en regard des tiges de couplage en vue de maintenir constante la bande passante du filtre dans la gammes Selon une première variante de réalisation, ladite lame plane est en diélectrique à faibles pertes en hyperfréquence de permittivité relative comprise entre 4 et 9 et d'épaisseur au plus égale à un dixième du rapport de la longueur d'onde moyenne dans le guide. Selon une deuxième variante de réalisation, ladite lame plane est métallique et s'appuie sur une lèvre de la fente du tron çon de guide. Le filtre selon l'invention présente les avantages sui vants - la bande passante à 3 dB reste sensiblement constante lorsqu'on la déplace; - 1' organe de réglage peut entre gradué en fréquence; - la réalisation est utilisable au moins jusqutà 40 GHz sans faire apparattre Ae limitation mécanique. L'invention est décrite en détail dans ce qui suit en référence aux figures 2 à 7 données à titre illustratif, nullement limitatif, dans lesquelles - la figure 2 représente la vue en perspective d'un filtre hyperfréquence rendu accordable au moyen du dispositif selon l'invention; - la figure 3 représente la lame d'accord du filtre précédent conforme à la deuxième variante de réalisation de l'invention; - la figure 4 représente la coupe longitudinale d'un filtre à cavités résonnantes demi onde couplées entre elles par des cavités quart d'onde, rendu accordable au moyen du dispositif selon l'invention - la figure 5 représente la lame d'accord du filtre précédent conforme à la deuxième variante de réalisation de l'invention ;; - la figure 6 représente la bande passante d'un premier exemple illustratif de filtre accordable, dans trois positions du dispositif d'accord - la figure 7 représente la bande passante d'un deuxième exemple illustratif de filtre accordable, dans trois positions du dispositif d'accord. La figure 2 représente la vue en perspective d'un filtre accordé par une commande unique selon l'invention. Les cavités résonnantes 1, 2, 3, 4 de longueur sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde X moyenne dans le guide d'onde sont couplés g directement entre elles au niveau des couples de tiges 13/14 15/16 * 17/18 , dont on ne voit sur la figure que celles portant un nombre impair. Chaque cavité résonnante est corrigée de ses imperfections mécaniques par un plongeur métallique 39, 40, 41, 42 que l'on bloque après un réglage initial effectué en usine avant mise en place du dispositif d'accord.Le filtre accordable selon l'invention comporte du côté opposé aux plongeurs 39 à 41 une fente longitudinale 30 sur tunte la longueur des cavités résonnantes 1 à 4 au milieu d'une grande face du tronçon de guide d'onde 5 dans laquelle pénètre une lame 31 de contour rectangulaire mobile dans le plan parallèle aux petits côtés du guide d'onde. Selon une première variante de réalisation de l'invention, la lame 31 est en diélectrique à faibles pertes et la permittivité relative du diélectrique est, de préférence, choisie entre 4 et 9. L'un des grands côtés de la lame pénètre dans le tronçon de guide d'onde 5 par la fente 30 en restant parallèle aux grandes faces de 5. La fente 30 ne coupant pas de ligne de courant rayonne peu par elle-même parce qu'elle est étroite. L'introduction d'une lame diélectrique 31 d'épaisseur e et de permittivitd relative 0idans la fente 30 a le même effet qu'un élargissement égal à e [G- 1 sur le rayonnement. On limite ce dernier en donnant à l'épaisseur e de la lame 31 une valeur très faible devant la longueur d'onde > 0 dans le vide correspondant à la fréquence moyenne de la bande d'accord.Expérimentalement on a constaté que e 4 0,1 A0 /çffiy constitue une limite à partir de laquelle le rayonnement ne perturbe pas le fonctionnement du filtre équipé du dispositif d'accord selon l'invention. Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, la lame est métallique. La limitation du rayonnement de la partie extérieure au tronçon de guide 5 de la lame 31 est réalisée en assurant le contact d'une face de la lame 31 avec une des lèvres de la fente 30. On a constaté expérimentalement que l'introduction d'une plaque métallique 31 à la fois entre les tiges 11/12 ; 13/14 15/16, etc... et dans les cavités 1, 2, 3, etc... avait pour effet d'abaisser la fréquence de résonance des résonateurs ainsi que les susceptances de couplage entre résonateurs. Si on constate en enfonçant la lame 31 dans la fente 30 que la largeur de bande du filtre augmente, la variation de susceptance est trop élevée et on peut corriger ce défaut en ménageant des découpes 32 et 33 dans la plaque comme cela est représenté sur la figure 3. Si on constate après avoir réalisé des découpes que la bande passante est plus étroite aux faibles fréquences : les découpes réalisées sont trop importantes. Les découpes 32 sont effectuées en regard des couples de tiges 11/12 et 19/20 d'extrémité du filtre suivant des triangles rectangles isocèles, les découpes 33 formées de deux découpes 32 adossées sont situées en regard des tiges 13/14 ; 15/16 ; 17/18. Dans les deux variantes de réalisation la lame 31 est fixée sur un porte-lame 34 en maintenant un grand côté de la lame 31 parallèle à la grande face du tronçon 5 en regard de la fente 30. Le porte-lame 34 est fixé sur une table à glissières 35. La table à glissières 35 est solidaire d'un support 36 fixé sur le c8té de la fente 30 parallèlement à celle-ci. Une vis micrométrique terminée par un tambour gradué 37 permet de déplacer le porte-lame 34 perpendiculairement au tronçon 5 et dry faire pénétrer une partie de la lame 31e Un comparateur 38 gradué en centième de millimètre, fixe par rapport au support 36, permet de mesurer les déplacements de la lame 31 et de dresser une courbe de correspondance entre la fréquence centrale de la bande passante du filtre et la position de la lame 31.Cette courbe permet de graduer si on le désire le comparateur 38 directement en fréquence. Les indications qu'il porte correspondent a' la fréquence centrale de la bande passante. La figure 4 représente la coupe longitudinale d'un filtre accordé par commande unique selon l'invention dans lequel les cavités résonnantes 1, 2, 3, de longueur sensiblement égale à la moitié de la fréquence d'onde moyenne Ag dans le guide d'onde sont couplées entre elles par des tronçons 43 et 44 delongueur égale à un quart d'onde. De même que dans le filtre représenté sur la figure 2 chaque résonateur est limité par deux tiges à chaque extrémité dont on ne voit sur la figure 4 que celle située en arrière du plan de coupe en 46, 48, 50, 52, 54, 56. Les imperfections mécaniques sont compensées au moyen des plongeurs 39, 40, 41, que l'on immobilise après le réglage initial en usine avant mise en place du dispositif accord. Selon une première variante de réalisation, la lame 31 peut entre en diélectrique et ce qui a déjà été dit à propos du filtre représenté sur la figure 2 s'applique sans changement. Selon une deuxième variante de réalisation, la lame 31 peut être métallique. Ce qui a été dit dans ce qui précède à propos de la figure 2 et de la deuxième variante de réalisation de l'invention reste vrai mais doit être eompléte (en tenant compte des numéros repères de la figure 4) ainsi qu'il suit. Les découpes de la lame 31 sont déterminées expérimentalement en effectuant des entailles à 45 degrés symétriques par rapport aux tiges 46 à 56. Lorsque la lame pénètre dans la fente 30 la fréquence du filtre diminue. Si la largeur de bande augmente, il est nécessaire d'accrottre les découpes. Cette opération est renouvelée autant de fois qu'il est nécessaire pour obtenir que la bande passante reste indépendante de la pénétration de la plaque dans le guide. La figure 5représente le type de découpe auquel on est généralement conduit. Les découpes extrêmes 57 résultent de l'enlèvement d'un triangle rectangle isocèle. Les découpes 58 résultent du départ d'un triangle rectangle isocèle double du précédent. Lorsque des découpes nécessaires atteignent le tiers de la longueur de la cavité, on les associe par une découpe rectangulaire 59 telle que la lame 31 ne pénètre pratiquement pas dans les tronçons de couplage. A titre d'exemple illustratif, non limitatif, la demanderesse réalise un filtre passe-bande accordable dans la bande de fréquence comprise entre 10,9 et 11,7 & z. Le guide employé pour cette réalisation est du type WR 75. Le nombre de cavités résonnantes demi-onde est égal à 3 : leur couplage est effectué par deux tronçons de guide d'onde de longueur égale au quart de la longueur d'onde moyenne dans le guide. La lame 31 est en diélectrique de permittivité relative égale à 6 et son épaisseur est égale à 1 millimètre. La figure 6 représente la bande passante du filtre pour trois positions de la lame 31 correspondant respectivement aux fréquences centrales 10,9 - 11,3 - 11,7 GEzO Dans les trois cas, la bande passante à 40 dB est inférieure à 280 MHz. La perte d'insertion c o aux trois fréquences centrales indiquées varie respectivement de 2 à 1,5 puis à 1 dB. La bande passante à 1 dB audessus de la perte d'insertion varie respectivement de 30 à 33 puis à 35 MHz. À titre d'exemple d'utilisation de la deuxième variante de réalisation, la demanderesse réalise un filtre accordable dans la bande de fréquence comprise entre 37 et 41 GHzO Le guide employé est du type R 400. Les cavités résonnantes demi-onde sont au nombre de trois, leur couplage est du type quart d'onde. La lame 31 est métallique; elle présente des découpes aux extrémités correspondant à la figure 5. Avec Ag = 10,7 millimètres les découpes 57 ont deux côtés de l'angle droit égaux à 2,68 millimètres. Les découpes 59 ont une diagonale égale à 5,36 millimètres. La figure 7 représente la bande passante du filtre pour trois positions de la lame 31 correspondant aux frequences centrales 37 ; 39 ; 405 GHz. La perte d'insertion &alpha;0 est égale à 0,8 ; 0,7 et 0,6 dB aux fréquences précédentes. La bande passante mesurée à i dB d'atténuation est respectivement égale à 375 ; 380 ; 385 MHz aux fréquences centrales indiquées ci-dessus. REVENDiCATiONS 1. Filtre passe-bande pour hyperfréquence accordable dans une gamme de fréquences, constitué d'un tronçon de guide d'onde divisé en au moins deux cavités résonnantes demi-onde délimitées par des couples de tiges conductrices reliant les grands côtés dudit tronçon de guide et disposées symétriquement par rapport à son plan médian longitudinal, accordable en fréquence, caractérisé en ce que ledit tronçon de guide présente une fente longitudinale au milieu de l'une des grandes faces dans laquelle une lame plane est déplacée parallèlement aux petits côtés du guide et pénètre d'une longueur ajustable dans lesdites cavités résonnantes, ladite lame présentant des encoches en regard desdites tiges conductrices ajustées en vue de maintenir constante la largeur de bande dans la gamme. 2. Filtre passe-bande pour hyperfréquence selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite lame plane est en diélectrique à faibles pertes de permittivité relative comprise entre4 et9. 3. Filtre passe-bande pour hyperfréquence selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'épaisseur e de ladite lame, la permittivité relative et > o la longueur d'onde dans l'espace à la fréquence moyenne de la bande passante du filtre sont reliées par la relation e S ss 4. Filtre passe-bande pour hyperfréquence selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite lame plane est métallique et se déplace en appui sur une lèvre de ladite fente. 5. Filtre passe-bande pour hyperfréquence selon la revendication 1 comportant les cavités résonnantes reliées par des élé ment s de couplage dans lequel ladite lame présente une profondeur de pénétration négligeable dans les éléments de couplage quelle que soit sa longueur de pénétration dans les cavités.