Brevet FR2489605A1 — publié le 19820305

L'invention se rapporte aux filtres hyperfréquen- ce et plus particulièrement à un filtre hyperfréquence, a résonateur diélectrique, accordable dans une grande largeur de bande. Les équipements de transmission en hyperfréquence, pour les matériels militaires par exemple, ont de plus en plus à travailler successivement sur plusieurs fré- quences d'accord. Par ailleurs, les équipements civils de transmission à fréquence fixe peuvent aussi être réa- lisés à partir d'éléments standard accordables, l'accord a la fréquence fixe de travail étant déterminé sur le site par le réglage de ces éléments standard accordables. La nécessité de réaliser ces éléments accordables, en particulier les filtres hyperfréquencea nécessité la mi- se en oeuvre de techniques d'accord telles que le filtre garde des caractéristiques déterminées dans une largeur de bande d'accord aussi grande que possible pour couvrir avec un élément standard donné, une large bande de fré- quences, sans que les caractéristiques de l'élément soient dégradées dans cette bande d'accord, en particu- lier la courbe de réponse du filtre, le coefficient de surtension, le couplage etc... L'invention a pour objet un filtre hyperfréquence a résonateur diélectrique, accordable dans une grande largeur de bande,qui satisfasse à ces conditions. Dans les filtres hyperfréquence à résonateur dié- lectrique connus, l'accord fin de la fréquence d'accord du filtre est réalisé à l'aide d'une vis métallique dont l'enfoncement est variable. Le réglage de cette vis mé- tallique permet alors d'ajuster la fréquence d'accord du filtre à la fréquence nominale; mais la plage de réglage ainsi obtenue est faible et ne permet pas de réaliser des filtres hyperfréquence à grande largeur de bande d'accord. Suivant l'invention un filtre hyperfréquence à résonateur diélectrique comportant un guide d'onde et au moins un résonateur diélectrique couplé au guide, est principalement caractérisé en ce que chaque résonateur comporte un premier élément, en matériau diélectrique, fixe par rapport au guide et un second élément, en maté- riau diélectrique, mobile par rapport au guide et ayant avec le premier une surface en regard, la distance entre ces deux surfaces étant variable et permettant l'accord du filtre dans une grande largeur de bande. L'invention se rapporte également aux circuits hyperfréquence comportant au moins un tel filtre. *L'invention sera mieux comprise et d'autres carac- téristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées. Les figures 1 et 2 représentent un filtre coupe- bande accordable suivant l'invention respectivement en vue de dessus, couvercle enlevé, et en coupe,couvercle fermé. La figure 3 représente un filtre passe-bande ac- cordable suivant l'invention. D'une manière générale, un filtre hyperfréquence est calculé en fonction d'un certain nombre de paramè- tres dont la fréquence de travail, la largeur de la bande de transmission ou de coupure, suivant qu'il s'agit de filtres passe-bande ou coupe-bande. La largeur de bande détermine le nombre de pôles du filtre, et ce nombre détermine le nombre de résonateurs disposés le long de la direction de propagation ainsi que leur espa- cement. Les résonateurs peuvent être réalisés dans un matériau diélectrique de forte constante diélectrique mais dont les dimensions sont stables en fonction de la température. Si ce n'était pas le cas, les caractéris- tiques du filtre seraient fortement dépendantes de la température; ce qu'il faut,autant que possible, éviter. Le matériau doit être de constante diélectrique élevée pour que l'effet du résonateur soit suffisant tout en gardant des dimensions assez faibles, ce qui permet de limiter l'encombrement des matériels. Dans les filtres hyperfréquence suivant l'inven- tion, le réglage de la fréquence d'accord est réalisé pour chaque résonateur par un élément en diélectrique, 1o de dimensions voisines de celles de l'élément fixe lui faisant face, disposé à une distance variable du pre- mier, l'ensemble formant le résonateur. Le déplacement de ce second élément modifie la fréquence d'accord et permet de couvrir une large bande. Les figures 1 et 2 représentent un mode de réa- lisation d'un filtre coupe-bande suivant l'invention; respectivement en vue de dessus, couvercle enlevé, et en coupe, couvercle fermé. Les mêmes références sur ces deux figures dési- gnent les mêmes éléments. Sur la première vue, le boitier 1 renferme une ligne coaxiale 2. Une fiche d'entrée 3 et une fiche de sortie, 4, sont fixées au boitier, la ligne coaxiale 2 étant connectée a ces deux fiches. L'exemple de réalisation représenté est un filtre a trois résonateurs. Chaque résonateur comporte un élé- ment fixe 5, constitué d'une pastille en diélectrique, placé à une certaine distance de la ligne coaxiale (ces éléments fixes étant les seuls visibles sur la pre- mière vue) collé au fond du boîtier sur une pastille ou une rondelle support telle que 6. Lorsque le couvercle 7 vient refermer l'ensemble, des éléments diélectriques mobiles 8, à peu près semblables aux premiers viennent en face des éléments diélectriques fixes tels que 5. Des supports de réglage tels que 9, associés à des écrous , accessibles.sur la face extérieure du couvercle 7 permettent de faire varier l'enfoncement de ces élé- ments diélectriques mobiles, et donc la distance d entre l'élément fixe 5, et l'élément mobile, 8 formant le ré- sonateur. Les supports de réglage peuvent être de nature quelconque, métalliques, diélectriques, car ils n'influent pas sur la propagation dans la ligne de laquelle ils sont assez éloignés. La longueur de ligne s entre résona- teurs est fonction de la longueur d'onde s = (2n + 1)L ou n est entier. Un tel filtre fonctionne de la manière suivante. La fiche d'entrée est directement connectée à la ligne coaxiale 2, et excite la ligne suivant le mode TEM, coaxial. Le boîtier sert seulement à positionner par rapport à cette ligne les résonateurs qui viennent perturber les lignes de champ par l'effet des circuits bouchon ramenés en série sur la ligne de transmission le couplage du résonateur à cette ligne coaxiale -d'impé- dance caractéristique, Zc, ramène à la fréquence d'accord f0 un circuit bouchon et le circuit se comporte alors comme un circuit ouvert et amène une atténuation d'am- plitude A à cette fréquence f. La section de la pas- tille diélectrique d'accord peut être égale, inférieure ou supérieure à celle de la pastille fixe, l'enfoncement nécessaire pour une variation donnée de la fréquence d'accord pouvant être ajusté. Les dimensions relatives de ces deux éléments ne sont donc pas critiques. De même l'alignement axial de ces deux éléments n'a pas à être réalisé avec une grande précision. L'élément d'accord mobile, réalisé dans un maté- riau diélectrique comme l'élément fixe, a une grande in- fluence sur les caractéristiques du résonateur ainsi réa- lisé avec l'élément fixe et l'élément mobile. Dans le cas o ces deux éléments sont réalisés dans un même matériau ayant une constante diélectrique E de l'ordre de 40, la variation de fréquence susceptible d'être obtenue est de l'ordre de 1r/o de la fréquence centrale de la bande pour une course faible, du même ordre que la course des vis métalliques d'accord des dispositifs antérieurs pour lesquels la variation de fréquence ne pouvait être que de l'ordre de 1% de la fréquence centrale. Le matériau diélectrique peut être, a titre d'exemple non limitatif, du titanate de-zirconium dont la constante diélectrique est E = 36 et qui est suffi- samment stable en température. La figure 3 représente un filtre hyperfréquence passe-bande, accordable dans une grande largeur de bande, suivant l'invention. Comme dans le cas précédent, le filtre est réali- sé avec des résonateurs diélectriques, dont le nombre détermine le nombre de pAles du filtre, ayant une forte constante diélectrique. Mais dans un tel filtre, le mode de propagation est un mode TM01, guidé dans le circuit micro-onde formé par un bottier muni de son couvercle. Le filtre comporte donc un boîtier 10, un dipole d'entrée 30 et un dipôle de sortie 40. Il comporte éga- lement des résonateurs, quatre sur la figure, constitués d'un élément diélectrique fixe, et d'un élément mobile diélectrique. Les éléments mobiles sont portés par des tiges également en matériau diélectrique, 85, accessi- bles à l'extérieur du couvercle par des vis de réglage , bloquées par des écrous 100. Le signal d'entrée ex- cite le mode dipolaire magnétique du résonateur diélec- trique le plus proche de la ligne d'entrée. La trans- mission est réalisée de proche en proche par le coupla- ge des lignes de champ magnétique d'un résonateur dié- lectrique au résonateur suivant par ondes évanescentes, jusqu'à la ligne de sortie. Le coefficient de couplage entre deux résonateurs consécutifs est fonction de la distance s qui les sépare. Dans ce filtre chaque résonateur est en pratique constitué de l'élément diélectrique fixe 5, de l'élément diélectrique mobile qui lui fait face, 8, et de la tige diélectrique support à laquelle ce dernier est lié. La fréquence d'accord de ce résonateur dépend de la distance d qui sépare les éléments en vis-à-vis. Le champ élec- trique existant dans l'intervalle entre les deux cylin- dres en matériau diélectrique est d'autant plus grand que le rapport D (D étant le diamètre des cylindres et h leur hauteur) est grand. A diamètre constant, la variation de la fréquence d'accord sera d'autant plus importante que la hauteur du cylindre mobile est faible. Comme dans le cas précédent, la variation de fréquence d'accord par rapport à la fréquence centrale de la bande d'accord peut être de l'ordre de 10% à 15%. Par exemple, le mode de réalisation représenté sur la figure 2 a per- mis de réaliser,autour de 7 GHzune variation de la fré- quence d'accord dans une bande de 500 MHz avec des pas- tilles diélectriques en titanate de zirconium (E = 36). Les dimensions des éléments en matériau diélec- trique et l'espacement des résonateurs sont choisis pour que le coefficient de surtension reste élevé. C'est ainsi que D doit, si possible, varier entre 0,3 et 1. s Du fait que le volume des résonateurs n'est pas sensiblement modifié dans la gamme d'accord, les condi- tions de couplage entre résonateurs restent à peu prés inchangées dans toutes la gamme d'accord et il n'y a donc pas de perturbations introduites du fait de cet accord. Comme dans le premier mode de réalisation, le ma- tériau diélectrique choisi pour constituer les résona- teurs a une constante diélectrique aussi grande que pos- sible, la limitation étant en général imposée par la te- nue en température, de sorte que les résonateurs puis- sent avoir un volume aussi faible que possible compte tenu des performances requises (fréquences de travail élevées dans les bandes de fréquence 3,8 à 4,2 GHz et 6,4 à 7,1 GHz). L'invention n'est pas limitée aux modes de réa- lisation précisément décrits. Elle peut être mise en oeuvre dans tout filtre hyperfréquence accordable dans lequel la fonction de filtrage est réalisée par des- résonateurs diélectriques; chaque résonateur comporte alors un élément diélectrique fixe et un élément dié- lectrique mobile séparés d'une distance variable pour modifier la fréquence d'accord. REVENDICATIONS 1. Filtre hyperfréquence à résonateur diélec.- trique comportant un guide d'onde et au moins un ré- sonateur diélectrique couplé au guide, caractérisé en ce que chaque résonateur comporte un premier élément (5), en matériau diélectrique, fixe par rapport au gui- de, et un second élément (8), en matériau diélectrique, mobile par rapport au guide et ayant avec le premier une surface en regard, la distance entre ces deux sur- faces étant variable et permettant l'accord du filtre dans une grande largeur de bande. 2. Filtre selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les deux éléments (5 et 8) sont constitués de cylindres d'un même matériau diélectrique de forte constarte diélectrique., ayant une tenue en température telle que les dimensions des éléments ne soient pas sensiblement modifiées lorsque la température varie. 3. Filtre selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que le matériau diélectrique constituant le ré- sonateur est le titanate de zirconium. 4. Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que, la fonction du filtre étant une fonction passe-bande, le guide d'on- de est le boîtier (10) du filtre lui-même, les résona- teurs ainsi placés à l'intérieur du guide modifiant par leurs éléments mobiles (8) les conditions de couplage a l'intérieur du guide et la fréquence d'accord corres- pondante. 5. Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que, la fonction du filtre étant une fonction coupe-bande, le guide d'onde est une ligne coaxiale (2) disposée à l'intérieur du boîtier (1, 7), le bottier supportant également les éléments fi- xe (5) et mobile (8) des résonateurs,et l'axe de chaque résonateur étant placé à une distance déterminée de cette ligne, les résonateurs ainsi placés au voisinage de la ligne ramenant sur cette ligne des circuits bouchon à fréquence variable avec la position de l'élément mobi- le (8) par rapport à l'élément fixe. 6. Circuit hyperfréquence comportant au moins un filtre selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes.