Brevet FR2509534A1 — publié le 19830114

FILTRE HYPERFREQUENCE COMPORTANT DES TRONCONS DE LIGNE COUPLES ENTRE EUX La présente invention se rapporte aux filtres hyperfréquence com- portant des tronçons de ligne couplés entre eux, à constantes réparties, du type passe bande, ces filtres se présentant dans des technologies diffé- rentes et dans des modes différents de réalisation qui sont classiquement connus sous le nom de filtres "en peigne", "interdigité", "quart d'onde", "évanescent", "mmicroruban". Généralement on détermine la technologie à utiliser d'après un certain nombre de critères qui sont notamment l'affaiblissement toléré en bande passante, les contraintes d'encombrement, de poids, de coût, la possibilité de changer la fréquence d'utilisation du filtre ou la largeur de sa bande passante, les spécifications usuelles portant sur la fréquence centrale et le gabarit en bande passante, la valeur de l'affaiblissement d'écho en bande passante, et le gabarit en bande affaiblie (hors bande). Le critère qui est retenu dans la description suivante est surtout le gabarit du filtre en bande affaiblie Généralement pour obtenir un affaiblissement très important de l'ordre de 90 à 100 d B pour une ou certaines fréquences données hors bande, on utilise uniquement des filtres en peigne repliés Les autres technologies citées ci-dessus ne permettent pas d'obtenir les affaiblissements très importants définis précédemment. Les affaiblissements se traduisent par une chute de gain (ou d'amplitude) sur la courbe de réponse en fréquence du filtre Lorsque ces chutes sont de 90 à 100 d B, elles correspondent à des pointes infinies qu'on ne peut voir sur la courbe de réponse Les pointes d'affaiblissement infini sont généralement obtenues en effectuant des couplages dits "secondaires" c'est-à-dire des couplages entre résonateurs non adjacents; ce qui explique l'utilisation de filtres en peigne repliés, dans lesquels les résona- teurs se trouvent superposés deux à deux. Les principaux inconvénients des filtres en peigne repliés sont leur coût et leur encombrement En effet la fabrication de ces filtres demande une précision sur les côtes de l'ordre du 100 ème de mm, et la réalisation de ces filtres repliés implique l'utilisation de deux filtres en peigne super- posés, le coût et l'encombrement sont par conséquent doublés. Pour remédier à ces problèmes la présente invention propose un filtre comportant des tronçons de ligne couplés entre eux, permettant d'obtenir un affaiblissement de l'ordre de la centaine de décibels à une fréquence fixe déterminée, l'encombrement du filtre étant le même-que celui d'un filtre à résonateurs couplés classique, et le coût étant sensible- ment le même. L'invention propose un filtre comportant des tronçons de ligne couplés entre eux et placés dans une cavité résonnante parallèlement à une première face de cette cavité, l'une des extrémités de chaque tronçon de ligne étant reliée directement à une deuxième face de la cavité et l'autre étant reliée par un couplage capacitif (Cj) à une troisième face de la cavité, la cavité -comprenant une quatrième face parallèle à la première et enfermant les tronçons de ligne avec les autres faces, principalement caractérisé en ce que la quatrième face comporte en regard des tronçons de ligne (Ri-Rn) au moins une plaque conductrice allongée solidaire et isolée électriquement de la' quatrième face, s'étendant parallèlement à cette face et perpendiculairement aux tronçons de ligne; les extrémités de cette plaque étant repliées respectivement vers un premier (Ri) et un deuxième (Rn) tronçons de ligne non adjacents pour opérer un couplage secondaire entre ces deux tronçons (Ri, Rn) et déterminer une pointe d'affaiblissement infini à une fréquence déterminée par la position de la plaque le long des tronçons de ligne et par la distance entre ses-extrémités-et les tronçons vers lesquels elles se replient. D'autres particularités et avantages apparaitront dans la description suivante au regard des figures annexées Bien entendu la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif de l'invention. la figure L représente un filtre selon l'invention; la figure 2 représente une coupe schématique du filtre de la figure 1 la figure 3 représente une deuxième réalisation des extrémités de la plaque conductrice 6 des figures 1 et 2. Les filtres en tronçons de ligne couplés entre eux sont généralement réalisés en différentes technologies et le choix de la technologie dépend de la fréquence de travail, de la bande passante utile et de la courbe de réponse en fréquence qu'on désire obtenir Dans cette réalisation on se limitera à une technologie et à un mode de réalisation particulier, l'invention pouvant s'appliquer aux autres technologies. Le filtre selon l'invention comprend une cavité 1 métallique dans laquelle sont placés un ensemble de conducteurs en tronçons de ligne qui sont des résonateurs Ri, Rj, Rn Le filtre représenté sur la figure 1 correspond à une réalisation de filtre en peigne La cavité est, dans cette réalisation, un boîtier 1 muni d'une première face correspondant au fond 2 1 o du bottier et les résonateurs sont tubulaires et parallèles entre eux Le nombre de résonateurs est variable et fonction de la réponse en fréquence qu'on désire avoir Ce nombre permet de déterminer le nombre de pôles de la fonction amplitude/fréquence Ce filtre comporte en plus de façon classique un adaptateur d'impédance ZE pour adapter le sigrial, d'entrée et 13 un adaptateur d'impédance ZS pour adapter le signal de sortie Chaque résonateur est fixé par une extrémité à une deuxième face de la cavité correspondant dans cette réalisation à un côté vertical 3 du boîtier 1, et est relié à une troisième face correspondant au côté vertical opposé 4 par un couplage capacitif Cj Ces couplages capacitifs sont réalisés dans ce cas par des tiges filetées conductrices réf érencées respectivement Ci Cn, qui pénètrent chacune en partie à l'intérieur de chaque résonateur du côté ou le potentiel est non nul Chaque tige est accessible de l'extérieur du boîtier et peut être vissée ou dévissée pour obtenir la fréquence d'accord de chaque résonateur Les tiges permettent donc de faire varier la capacité d'accord correspondante L'entrée E du filtre est prise sur le côté vertical 3 L'adaptateur d'impédance d'entrée ZE est un tronçon de ligne conducteur placé en amont du premier résonateur Ri Cet adaptateur ZE est relié à l'entrée E par l'une de ses extrémités et est relié à la masse par Pautre extrémité La sortie S du filtre est prise sur le côté vertical 3 L'adaptateur ZS est un tronçon de ligne conducteur placé en aval du dernier résonateur Rn Cet adaptateur ZS est relié à la sortie S par l'une de ses extrémités, et est relié à la masse par l'autre extrémité. Le domaine des fréquences de filtrage d'un tel filtre peut aller de 500 Mhz jusqu'à quelques G Hz Pour les filtres en microbande ou inter- digités et autres, le domaine des fréquences peut être relativement inférieur à 500 M Hz et relativement supérieur à 1 G Hz soit 100 M Hz à quelques (Hz. La bande passante utile de tels filtres est faible de l'ordre du pour cent de la fréquence centrale pour certaines réalisations, ou très large, jusqu'à 10 % de la fréquence centrale pour d'autres réalisations Dans une- réalisation particulière on a choisi par exemple une fréquence centrale Fc de l'ordre de 825 M Hz et une bande passante A F utile de l'ordre de 10 % de la fréquence centrale D'autre part on a choisi une réponse amplitude/ fréquence selon Tchebycheff, présentant donc un minimum d'ondulation dans la bande utile Le rapport entre le diamètre des résonateurs (pour des résonateurs tubulaires) et la distance entre le capot et le fond, permet d'obtenir un optimun de surtension Les résonateurs présentent des couplages primaires Mij entre eux Ces couplages entre résonateurs adjacents sont généralement capacitifs et fonction de la distance séparant deux résonateurs adjacents Ri et Rj On a choisi cette distance de façon à obtenir la-foncition de couplage désirée correspondant au gabarit du filtre qu'on s'est fixé et qui se: traduit sur la courbe amplitude/fréquence (ou fonction de transfert du filtre) par des pentes plus ou -moins raides hors bande. Les références identiques sur les 3 figures indiquent les mêmes éléments On se réfère maintenant à la figure 2. Le capot 5 du filtre est muni sur sa face intérieure et parallèlement à celle-c 4 c'est-à-dire encore sur la face en regard des résonateurs Ri, Rj Rn 4, d'au moins une plaque conductrice 6 de forme allongée solidaire de ce capot 5 et isolée électriquement de ce dernier L'isolation électrique est réalisée grâce à des entretoises intercalées entre la plaque 6 et le capot 5 Ces entretoises sont réalisées avec de simples joints non conducteurs 15 et 16 La plaque est fixée perpendiculairement aux résonateurs par deux vis de fixation 11 et 12, non conductrices électrique- ment 'Les joints 15 et 16 sont -placés autour de chaque vis 11 et 12 respectivement Le nombre de vis de fixation est -choisi de façon à maintenir la plaque 6 solidaire du capot 5 d'une manière fiable Ce nombre peut par conséquent varier suivant les dimensions de la plaque 6 sans pour cela changer le résultat obtenu La tête des vis est placée contre la face intérieure de la plaque 6 au regard des résonateurs Deux écrous 13 et 14 sont vissés autour des vis 11 et 12 respectivement contre la face extérieure du capot 5 Si on adopte une disposition inverse pour ces éléments c'est-à-dire si la tête des vis est à l'extérieur du bottier, et les écrous à l'intérieur, il est évident que les écrous devront être de faible épaisseur et être de préférence constitués d'un matériau isolant Les dimensions de chaque plaque sont relatives aux dimensions du filtre, à l'écartement entre les deux résonateurs qu'on désire coupler et au nombre de plaque conductrices utilisées Ce nombre de plaques conductrices utilisées dépend du nombre de pointes d'affaiblissement infini qu' on désire obtenir hors bande Les extrémités 7 et 8 de chaque plaque sont agencées de façon à capter le maximum d'énergie d'un résonateur Ri par exemple, et l'envoyer sur un autre résonateur Rn par exemple qui est non adjacent au résonateur Ri, pour réaliser ainsi un couplage secondaire Min Le choix des résonateurs sur lesquels on effectue le couplage secondaire afin d'obtenir un affaiblissement infini à une fréquence donnée (Fc + F/2) est déterminé à l'aide de matrices de couplages obtenues par une méthode classique de synthèse des filtres Selon une première réalisation les extrémités 7 et 8 (de chaque plaque) sont recourbées vers le fond 2 dû boîtier 1 et présentent des replis plats 9 et 10 en regard des résonateurs à coupler La distance d existant entre les replis plats 9 et 10, et les résonateurs correspondants détermine la valeur du couplage secondaire et détermine par conséquent la position en fréquence de la pointe d'affaiblis- sement infini Le couplage secondaire est également fonction de la position de la plaque vis à vis du champ électrique existant le long des résonateurs Lorsque la plaque est à proximité du champ électrique minimal (à la masse), il faut que la distance d soit minimale (aussi près que possible jusqu'à la limite du bon fonctionnement) pour obtenir un couplage fort et ainsi avoir une pointe d'affaiblissement infini à une fréquence très proche de la bande utile Cette solution pour obtenir une pointe d'affaiblissement d'une fréquence très proche de la bande utile n'étant pas la meilleure car on risque de provoquer un contact électrique entre l'extrémité 8 de la plaque 6 et le résonateur Rn; il est donc préférable de placer la plaqfc: proximité du champ électrique maximal, la distance d étant alors c l rie maximale, ce maximum permettant encore d'obtenir un couplagr très fort et par conséquent une pointe d'affaiblissement infini à la siéquence désirée-très proche de la bande utile La position en fréquc l e des pointes d'affaiblissement infini ne dépend que de la valeur du couplage secondaire qui lui-même ne dépend que de la distance d et de la position de la plaque conductrice par rapport au champ électrique. Selon une deuxième ré lhsation les extrémités 7 et 8 de chaque plaque conductrice 6 sont en forme d'anneau 9 a conformément à la figure 3 Le rayon de l'anneau tvt choisi suivant les mêmes critères que la distance d dans la première r-alisation pour obtenir un couplage et par conséquent une pointe dlaffaibh;îsement infini. Dans cette réalisation o,, a décrit un filtre avec une seule plaque conductrice Il est clair que le filtre peut être réalisé avec plusieurs plaques conductrices effectuant des couplages secondaires sur différents résonateurs ((Mi,n) (Mj,n 4 1) par exemple), pour obtenir plusieurs pointes d'affaiblissement à dce Iréquences données. La fixation de telles plaques conductrices (métalliques) permet de réaliser des couplages secondaires entre résonateurs et ainsi d'avoir une ou plusieurs pointes d'affaibi- ement infini à des fréquences désirées, pour obtenir une réponse pseud,, elliptique et répondre au gabarit du filtre demandé, sans avoir à multiplier par deux les coûts et l'encombrement d'un tel filtre - REVENDICATIONS 1 Filtre hyperfréquence comportant des tronçons de ligne (Ri-Rn) couplés entre eux et placés dans une cavité résonnante ( 1) parallèlement à une première face ( 2) de cette cavité ( 1), l'une des extrémités de chaque tronçon de ligne étant reliée directement à une deuxième face ( 3) de la cavité et l'autre étant reliée par un couplage capacitif (Cj) à une troisième face ( 4) de la cavité, la cavité ( 1) comprenant une quatrième face ( 5) parallèle à la première et enfermant les tronçons de ligne avec les autres faces, caractérisé en ce que la quatrième face ( 5) comporte en regard des tronçons de ligne (R 1-Rn) au moins une plaque conductrice ( 6) allongée solidaire et isolée électriquement de la quatrième face ( 5) , s'étendant parallèlement à cette face ( 5) et perpendiculairement aux tronçons de ligne; les extrémités ( 7, 8) de cette plaque ( 6) étant repliées respectivement vers un premier (Ri) et un deuxième (Rn) tronçons de ligne non adjacents pour opérer un couplage secondaire entre ces deux tronçons (Ri, Rn) et déterminer une pointe d'affaiblissement infini à une fréquence déterminée par la position de la plaque ( 6 Y le long des tronçons de ligne et par la distance entre ses extrémités ( 7, 8) 'et les tronçons vers lesquels elles se replient. 2 Filtre hyperfréquence selon la revendication 1 dont les tronçons de ligne (Ri Rn) sont des résonateurs ayant des couplages primaires (Mij) donnés dans la bande passante du filtre, caractérisé en ce que les extrémités ( 7 et 8) de la plaque présentent chacune un repli plat ( 9 et 10), en regard des résonateurs à coupler (Ri-Rn) - 3 Filtre hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités ( 7, 8) de la plaque conductrice ( 6) sont en forme d'anneau ( 9 a), chacun de ces anneaux venant entourer un résonateur (Rn). 4 Filtre hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque conductrice ( 6) allongée est de forme parallélépipèdique. Filtre hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque conductrice ( 6) est fixée à la quatrième face ( 6) à l'aide de vis de fixation (Il et 12) isolantes serrées par des écrous ( 13, 14) sur le côté extérieur de cette face ( 5). 6 Filtre hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à' 5 caractérisé en ce qu'il comprend des entretoises (i 5 et 16) isolantes placées entre chaque plaque conductrice ( 6) et la quatrième face ( 5), fixées à l'aide des vis de fixation ( 13 et 14) de la plaque. 7 Filtre hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les entretoises isolantes ( 15 et 16) sont réalisées par des joints: isolants ( 15), ( 16) placés autour des vis de fixation ( 13, et 14) de la plaque ( 6), entre la plaque ( 6) et la quatrième face ( 5). 8 Filtre hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les résonateurs (Ri-Rn) sont de forme tubulaire. e