Brevet FR2477783A1 — publié le 19810911

TUR.FOI L'invention se rapporte au domaine des filtres hyperfréquences accordables en fréquence et plus par- ticulièrement à un dispositif d'accord à capacité varia- ble pour de tels filtres. D'une manière générale, les systèmes de trans- mission et particulièrement les systèmes de télécommu- nications sont conçus pour fonctionner dans une bande de fréquence donnée, comportant éventuellement plusieurs canaux et les filtres hyperfréquences du système doivent être accordés sur le canal désiré. Lorsque le système est destiné à fonctionner sur un canal de fréquences fixe, les filtres peuvent être réglés en usine ou lors de leur installation de manière définitive; lorsque le système est destiné à fonctionner successivement sur plusieurs canaux de fréquences, les filtres, dits alors "agiles en fréquence", doivent pouvoir passer rapide- ment et simplement d'un canal à l'autre. Dans tous les cas, il est nécessaire de prévoir des moyens d'accord des filtres hyperfréquences utilisés, et cet accord sera d'autant plus facile à réaliser que le nombre d'éléments à faire varier sera petit et que leur régla- ge influencera peu les caractéristiques du filtre au- tres que la fréquence d'accord. Les filtres hyperfréquences couramment utili- sés sont de plusieurs types: il existe des filtres dont les éléments résonateurs sont des tronçons de li- gne, d'autres pour lesquels ces éléments sont en guide d'onde. Les filtres à résonateurs en ligne TEM les plus couramment utilisés sont les filtres interdigités à résonateurs quart d'onde et les filtres en peigne à résonateurs, chargés par des éléments capacitifs lo- calisés formant obstacles. Les filtres à résonateurs en guide d'onde quant à eux se distinguent d'après leur mode de fonctionnement: lorsqu'ils travaillent en mode de propagation c'est-à-dire au-dessus de la fréquence de coupure propre du guide,le type le plus utilisé est le filtre à résonateur demi-onde du type série couplé par susceptance selfique; lorsqu'ils travaillent en mode évanescent, c'est-à-dire à une fréquence inférieure à la fréquence de coupure propre du guide, leur structure est du type à résonateurs pa- rallèles couplés par des inverseursd'admittance et ils comportent alors des obstacles capacitifs localisés. L'accord des filtres est obtenu en faisant va- rier la forme des obstacles inductifs ou capacitifs localisés associés aux lignes TEM ou aux guides d'onde pour former le filtre. L'invention se rapporte précisément aux obsta- cles de type capacitif et a plus particulièrement pour objet un dispositif d'accord capacitif, utilisable dans tous les filtres comportant des obstacles capacitifs localisés. Les dispositifs d'accord capacitifs utilisés actuellement sont le plus souvent réalisés à l'aide de plongeurs métalliques pénétrant dans le guide ou la li- gne, et le réglage de la capacité est obtenu en faisant varier l'enfoncement de ce plongeur; la variation de la susceptance de l'élément capacitif (liée à la variation de la fréquence d'accord) ainsi obtenue en fonction de la fréquence dépend de la configuration physique de cet élément et de la section du guide ou de la ligne, mais d'une manière générale la loi devariation de la fréquence d'accord, en fonction du déplacement du plongeur n'est pas du tout linéaire. De plus, dans les filtres en mode évanescent, les dimensions du guide dans le plan ortho- gonal à l'axe de propagation sont inférieures à la lon- gueur d'onde correspondant à la fréquence de coupure propre du guide; par conséquent la capacité localisée nécessaire pour obtenir l'accord, qui est d'autant plus grande que la fréquence de travail est basse, doit 9tre logée dans un espace plus petit. L'augmentation de la valeur de la capacité réalisée au moyen de deux plon- geurs se faisant face est obtenue en diminuant l'in- tervalle les séparant. Au-delà d'une certaine limite, cet intervalle est trop petit pour être ajusté avec prgcision,d'autant plus que les variations de tempéra- ture peuvent, par la dilatation des métaux qu'elles entraînent, créer des variations relatives très impor- tantes de cet intervalle. La solution pour augmenter la capacité est alors d'augmenter les surfaces en re- gard. Cette so!ution n'est cependant pas toujours pra- ticable en augmentant seulement le diamètre des plon- geurs, car le volume de ces plongeurs est limité du fait des faibles dimensions des filtres du type en mode évanescent. Enfin, comme extérieurement la géo- métrie des plongeurs dans le guide varie en fonction de la capacité nécessaire, liée à la fréquence d'accord, le changement de fréquence d'accord de l'ensemble réso- nateur affecte également le couplage de ce résonateur avec les élémenzs adjacents, résonateurs voisins ou accès du filtre. Les variations de couplage induisent des variations importantes de la bande passante du fil- tre et une détérioration des impédances d'entrée et de sortie de ce fi, re en fonction de la fréquence d'accord. L'invention a précisément pour objet un disposi- tif d'accord à capacité variable, pour guide d'onde ou ligne TEM, qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs d'accord capacitifs utilisés actuellement dans les filtres hyperfréquences et qui en particulier permette d'obtnir une variation quasi linéaire de la fréquence d'accord en fonction du déplacement du plon- geur d'accord,dans une gamme de fréquences d'accord donnée, la bande passante du filtre et les couplages d'un élément résonateur ainsi réalisé avec les éléments adjacents (résonateur voisin ou accès) étant quasi-indépendants de la fréquence d'accord choisie dans la gamme de fréquences dans laquelle le filtre est accor- dable. Suivant l'invention un dispositif d'accord à capacité variable, pour filtre hyperfréquences accor- dable, comportant deux doigts coaxiaux, l'un destiné à 9tre monté de manière fixe et l'autre de manière mo- bile suivant son axe dans le corps du filtre, est ca- ractérisé en ce qu 'un premier doigt est creux, le se- cond doigt étant formé d'un corps et d'un plongeur coaxiaux, le plongeur étant déplaçable par rapport au doigt creux, entre une position d'enfoncement minimum o le plongeur et le doigt creux n'ont pas de surfaces en regard et une position d'enfoncement maximum o le plongeur et le doigt creux ont des surfaces en regard maximum, la capacité minimale du dispositif d'accord étant déterminée par les formes des extrémités respec- tives du doigt mobile et du doigt fixe et les positions respectives du doigt mobile et du doigt fixe. L'invention a également pour objet un filtre hy- perfréquence accordable comportant au moins un tel dis- positif d'accord à capacité variable. L'invention sera mieux comprise et d'autres ca- ractéristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées. Les figures 1, 2, 3 et 4 représentent, en section, différents modes de réalisation du dispositif d'accord à capacité variable selon l'invantion, particulièrement destinés aux filtres à fréquence fixe. La figure 5 représente un mode de réalisation du dispositif d'accord selon l'invention,particulièrement destiné aux filtres dits "agiles" en fréquence. Sur toutes les figures, les éléments analogues ont été designes par les m9mes repères. La figure 1 représente le mode de réalisation le plus simple du dispositif d'accord selon l'invention. Ce dispositif est représenté en coupe, en place dans un guide 1, 1'. Ce guide peut être un guide d'onde en mode évanescent de section carrée, rectangulaire, ronde ou mgme ellipsoidale. 1 - 1't peut également représenter les parois d'une ligne TEM. Le dispositif capacitif compor- te principalement un doigt métallique, 10, fixe dans la paroi 1' et un doigt mobile fileté, 20, la paroi 1 étant taraudée. Un écrou 21 permet de maintenir en place le doigt mobile 20. Le doigt fixe 10 et le doigt mobile 20 sont interpénétrants l'extrémité du doigt 20 formant plongeur d'accord. Pour obtenir l'accord dans une gamme de fréquences donnée, Fmin (fréquence minimum de la gamme) à Fmax (fréquence maximum de la gamme), les sur- faces en regard minimales sont choisies pour que, lors- que l'extrémité du doigt mobile 20 formant plongeur est à l'enfoncement minimal emin correspondant à la capa- cité minimale Cmin, cette capacité C min soit la capa- cité d'accord pour la fréquence la plus haute de la gamme, Fmax. Cette capacité dépend essentiellement de la distance d entre les surfaces en regard pour cet enfoncement minimal e min,et des surfaces de doigts en regard. La course de l'extrémité du doigt mobile formant plongeur 20 et la hauteur correspondante de la cavité formée dans le doigt fixe 10,ainsi que leurs diamètres respectifs,sont choisis pour que la capacité maximale Cax corresponde à la fréquence minimale Fmin de la gamme de fréquences d'accord souhaitée, les surfaces en regard des deux plongeurs étant alors maximales. Dans ce mode de réalisation, il faut noter que la forme extérieure du dispositif d'accord ainsi réa- lisé varie un peu et que la capacité minimale C min pour la fréquence la plus haute de la gamme n'est pas con- servée, la capacité réalisée évoluant dans son ensemble avec l'enfoncement du plongeur. Les modes de réalisation représentés sur les fi- gures suivantes sont perfectionnés: ils comportent un doigt mobile comportant un corps mobile permettant l'accord à la fréquence haute dBlagamme d'accord et un petit plongeur central,également mobile, introduisanj une capacité supplémentaire variable qui s'ajoute à la capacité minimale C correspondant à l'enfoncement mi- nimal du petit plongeur mais qui ne modifie pas la for- me extérieure du dispositif d'accord. Le dispositif d'accord représenté sur la figure 2 comporte un doigt fixe creux 10 et un doigt mobile comportant un corps,22,mobile dans la paroi 1, le corps mobile étant maintenu en position par un écrou 21. Ce corps 22 pénétre légèrement dans la cavité du doigt fixe 10. A ce corps mobile creux est associé un petit plongeur-mobile 23 vissé dans le corps 22, dont l'en- foncement est susceptible de varier entre un enfonce- ment minimum emin, l'extrémité du petit plongeur mobi-. le affleurant alors à l'extrémité du corps mobile 22 et la capacité ainsi réalisée étant une capacité C min correspondant à la fréquence la plus haute de la gamme d'accord F Max et un enfoncement maximum eMax, le pe- tit plongeur venant alors en butée à l'intérieur du corps 22 et la capacité ainsi réalisée étant la capa- cité maximum C x correspondant à la fréquence mini- male de la gamme d'accord. Le déplacement du petit plongeur peut être de l'ordre de 5 mm 1 cm pour cou- vrir la gamme d'accord; la distance d entre les sur- faces planes des deux doigts en regard pour l'enfonce- ment minimal du plongeur, de l'ordre de 5 dizièmes de millimètre, est ajustée définitivement pour la fréquen- ce la plus élevée de la gamme, et seul le petit plon- geur est déplacé pour obtenir les variations de la fré- quence d'accord. La variation de capacité obtenue est telle que la fréquence d'accord varie quasi-linéairement avec l'enfoncement. Le petit plongeur 23 est fixé en posi- tion au moyen d'un écrou 24 en prenant appui sur la te- te du corps mobile 22. La figure 3 représente un mode de réalisation ana- logue mais pour lequel les dimensions extérieures des doigts sont grandes par rapport aux dimensions des cy- lindres utilisés pour réaliser la capacité minimale et la capacité variable supplémentaire qui lui est ajoutée. Le doigt fixe 10 et le corps 22 du doigt mobile ont leurs extrémités amincies de façon que les surfaces en regard pour réaliser la capacité minimale Cmin soient assez faibles. Le corps mobile 22 ne pénètre pas dans la cavité du doigt fixe 10. Par contre le creux du doigt fixe 10 et le creux du corps 22 du doigt mobile ont le m me diamètre, adapté au diamètre du petit plongeur mo- bile 23. La capacité minimale Cmin est ajustée lorsque le plongeur 23 est placé en position haute à l'enfon- cement minimal e. et comme dans le mode de réalisa- min tion de la figure 2, la variation de capacité engendrée par le déplacement du plongeur est telle que la varia- tion de fréquence d'accord est linéaire en fonction du déplacement du plongeur. Les diamètres respectifs du creux du doigt 10 et du plongeur sont tels que le dé- placement du plongeur permette de couvrir la gamme de fréquences souhaitée. Un tel mode de réalisation du a dispositif d'accord capacitif a permis de couvrir la gamme de fréquences d'accord 1,7 GHz à 2,1 GHz dans un filtre à mode évanescent, c'est-à-dire des fréquen- ces relativement hautes, la capacité initiale pour la fréquence 2,1 GHz étant relativement faible. Le mode de réalisation représenté sur la figure 4 permet de couvrir une gamme de fréquences relative- ment plus basse, la capacité Cmin réalisée pour la fréquence la plus haute de la gamme étant plus élevée que dans le mode de réalisation de la figure 3. Pour cela le corps creux 22 a son extrémité découpée de façon à pénétrer dans un creux de diamètre correspon- dant prévu dans le doigt fixe creux 10. Les surfaces planes et les surfaces cylindriques en regard du doigt fixe 10 et du corps 22 du doigt mobile permettent de réaliser cette capacité Cmin pour la fréquence la plus haute de la gamme. Le corps 22 est alors fixé au moyen de l'écrou 21. La forme extérieure présentée par le dispositif d'accord à capacité variable dans le guide ne varie pas dans la gamme de fréquence d'accord. La variation de capacité supplémentaire est obtenue, com- me dans les modes de réalisation des figures 2 et 3, par un petit plongeur 23, le doigt fixe comportant une seconde partie creuse, mais cette fois d'un diamètre correspondant au diamètre du petit plongeur. Comme pré- cédemment, à partir de l'enfoncement minimal, la fré- quence d'accord varie linéairement avec l'enfoncement du plongeur d'accord. Ce mode de réalisation a permis de réaliser un dispositif d'accord à capacité variable permettant l'accord dans la gamme 1,35 GHz à 1,7 GHz d'un filtre hyperfréquences en mode évanescent. La figure 5 représente un mode de réalisation d'un dispositif d'accord à capacité variable particu- lièrement destiné aux filtres dits "agiles"en fréquen- ce, c'est-à-dire susceptibles de passer rapidement d'une fréquence d'accord à une autre dans une gamme déterminée. Le doigt fixe 10, le corps 22 du doigt mobile et l'écrou 21 qui lui est lié sont les m9mes que ceux du mode de réalisation de la figure 2, si ce n'est que l'intérieur du corps 22 est lisse et non filetS. Par contre le plon- geur mobile 25 a la forme d'un piston lisse susceptible de glisser dans le corps creux 22. Le contact électrique entre le piston 25 et le corps du filtre hyperfréquence est obtenu par l'intermédiaire du corps 22 au moyen d'un embout 26 formant pinces et prolongeant la partie intermédiaire du piston 25. Comme dans les modes de réalisation décrits ci- dessus, la forme extérieure présentée par le dispositif d'accord à capacité variable est invariable quelle que soit la fréquence d'accord. Par conséquent dans toute la gamme de fréquence d'accord, le couplage du résonateur au résonateur voisin ou aux accès du filtre ne varie pas en fonction de la fréquence d'accord. De même, la bande passante est quasi-indépendante de la fréquence d'accord. Il est à noter de plus que les modes de réalisa- tion du dispositif d'accord à capacité variable décrits ci-dessus conduisent à des filtres très faciles à com- penser en température. En effet, la variation de la fré- quence d'accord étant une fonction linéaire de l'enfon- cement du plongeur d'accord, et les allongements des différents éléments mécaniques constituant les éléments capacitifs suivant égaleme'nt des lois linéaires, les ma- tériaux et les dimensions des éléments les uns par rap- port aux autres peuvent 9tre choisis de manière assez simple pour que la compensation du filtre en température puisse être réalisée dans toute la gamme d'accord. Ainsi le coefficient de surtension reste élevé dans toute la gamme de fréquences du filtre. Du fait que le petit plongeur a un diamètre faible par rapport au diamètre extérieur des deux doigts, la course du plongeur est grande par rapport aux modes de réalisation antérieurs et le réglage du filtre en est largement facilité. La résolution en est également largement améliorée. L'invention n'est pas limitée aux modes de réa- lisation décrits et représentés. En particulier les for- mes extérieures du doigt fixe et du doigt mobile ne sont pas limitées aux formes décrites à titre d'exemple non limitatif en référence aux figures 1, 2, 3 et 4 (la fi- gure 5 reprenant en cela la forme représentée sur la figure 2). Les formes sont déterminées à partir de la capacité minimale à réaliser, en particulier en liaison avec le diamètre des doigts et les dimensions des gui- des dans lesquels les dispositifs d'accord sont placés pour réaliser les filtres. De plus, pour les filtres agiles en fréquence, il est possible d'utiliser un petit plongeur mobile en for- me de piston du type de celui décrit en référence à la figure 5 à la place du plongeur mobile 23 utilisé dans les modes de réalisation des figures 2, 3 et 4 pour réa- liser des filtres agiles dont les gammes de fréquence sont plus ou moins hautes. Par ailleurs, le doigt fixe a été,dans tous les modes de réalisation décrits,choisi comme étant le doigt creux, le doigt mobile dans le corps du filtre étant le doigt comportant le plongeur d'accord. Il est bien sûr possible de faire le contraire, le doigt mo- bile par rapport au corps du filtre étant alors le doigt creux et le doigt fixe étant alors alors le doigt comportant le plongeur d'accord, le plongeur d'accord étant alors mobile dans un doigt fixe. L'invention a également pour objet un filtre hy- perfréquence accordable comportant au moins un tel dis- 1 1 positif d'accord à capacité variable, ce filtre pouvant être un filtre du type en guide d'onde à mode évanes- cent ou un filtre du type à ligne TEM comportant des éléments capacitifs localisés. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accord à capacité variable, pour filtre hyperfréquence accordable, comportant deux doigts coaxiaux, l'un destiné à 9tre monté de manière fixe et l'autre de manière mobile suivant son axe dans le corps du filtre, caractérisé en ce qu'un premier doigt est creux, le second doigt étant formé d'un corps et d'un plongeur coaxiaux le plongeur étant déplaçable par rap- port au doigt creux, entre une position d'enfoncement minimum o le plongeur et le doigt creux n'ont pas de surfaces en regard et une position d'enfoncement maxi- mum o le plongeur et le doigt creux ont des surfaces en regard maximum, la capacité minimale du dispositif d'ac- cord étant déterminée par les formes des extrémités respectives du doigt mobile et du doigt fixe et les po- sitions respectives du doigt mobile et du doigt fixe. 2. Dispositif d'accord selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second doigt formé d'un corps et d'un plongeur est monobloc, le déplacement du plon- geur par rapport au doigt creux étant obtenu par dépla- cement du doigt mobile dans son ensemble. 3. Dispositif d'accord selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plongeur du second doigt est mobile par rapport au corps creux de ce même doigt sui- vant leur axe commun pour réaliser la variation de ca- pacité par enfoncement du plongeur dans le doigt creux, la capacité minimale étant ajustée, lorsque le plon- geur est en position d'enfoncement minimum, par ajuste- ment de la distance entre les doigts en déplaçant le doigt mobile. 4. Dispositif d'accord selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second doigt comportant le plongeur mobile est le doigt mobile. 5. Dispositif d'accord selon la revendication 3, caractérisé en ce que le doigt creux est le doigt mobile. 6. Dispositif d'accord selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le corps creux du second doigt a une surface interne filetée, la surface externe du plongeur étant également filetée et la variation d'enfoncement étant obtenue par vissage du plon- geur dans le corps creux correspondant. 7. Dispositif d'accord selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la surface interne du corps creux du second doigt est lisse, le plongeur ayant la forme d'un piston susceptible de glis- ser dans le corps correspondant pour obtenir la variation d'enfoncement, des contacts à pinces solidaires du plon- geur venant en appui sur la surface interne du corps creux pour assurer le contact électrique entre le plon- geur et le corps creux. 8. Dispositif d'accord selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les ex- trémités du premier et du second doigt ont des formes complémentaires de telle manière que l'un des doigts pénétre dans l'autre, leurs surfaces en regard étant for- mées de surfaces planes et de surfaces cylindriques dé- terminant par leur distance ajustable, leurs dimensions et leurs formes, la capacité minimale du dispositif d'ac- cord ainsi formé. 9. Dispositif d'accord selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les extrémi- tés du premier et du second doigt ont la même forme et déterminent par la distance ajustable entre leurs surfa- ces planes en regard la capacité minimale du dispositif d'accord ainsi réalisé. 10. Filtre hyperfréquence accordable comportant au moins un dispositif d'accord à capacité variable se- lon l'une quelconque des revendications précédentes.