Brevet FR2509536A1 — publié le 19830114

FILTRE HYPERFREQUENCE COMPORTANT DES COUPLAGES ENTRE TRONCONS DE LIGNE ET DES MOYENS DE REGLAGE La présente invention se rapporte aux filtres hyperfréquence com- portant des couplages entre tronçons de ligne et des moyens de réglage, à constantes réparties, du type passe bande, ces filtres se présentant généralement dans des technologies différentes et dans des modes différents de réalisation qui sont classiquement connus sous le nom de filtres "en peigne", "interdigité", "quart d'onde", "évanescent", "microruban". 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 hors bande ou en bande affaiblie En effet on veut obtenir une réponse amplitudelfréquence pseudo-elliptique c'est-à-dire encore que l'on veut obtenir des affaiblissements très importants de l'ordre de 90 à d B pour certaines fréquences données hors bande Pour obtenir une réponse en fréquence pseudo-elliptique la courbe de réponse d'un tel filtre doit donc présenter des pointes d'affaiblissement infini à certaines fré- quences bien déterminées. De façon tout à fait générale une pointe d'affaiblissement infini s'obtient à l'aide de couplages secondaires c'est-à-dire de couplages entre résonateurs non adjacents Pour des filtres hyperfréquence en tronçon de ligne et à résonateurs couplés les couplages secondaires sont obtenus de façon complexe et coûteuse par repliage du filtre sur lui-même de manière à superposer les résonateurs deux à deux; tout se passe comme si on utilisait deux filtres superposés. De tels filtres permettent donc d'obtenir des pointes d'affai- blissement infini mais la position en fréquence de ces pointes d'affai- blissement est fixe Le réglage en fréquence des pointes d'affaiblissement s'obtient classiquemefit par une mécanique complexe en faisant varier l'enfoncement de vis dans des iris de couplage. La réalisation de filtres repliés avec adjonction d'un mécanisme de réglage en fréquence présente deux inconvénients essentiels qui sont leur coût et leur encombrement En effet pour réaliser de tels filtres on demande très souvent une précision sur les côtes de l'ordre du i O me de mm, et comme pour obtenir le résultat escompté on réalise en fait deux filtres, le coût et l'encombrement sont par conséquent doublés. Pour remédier à ces problèmes la présente invention propose un filtre à tronçons de ligne couplés permettant d'obtenir des affaiblis- sements de l'ordre de la centaine de décibels dans une bande de fré- quences déterminées, la position en fréquence de ces affaiblissements pouvant varier dans la bande L'encombrement d'un tel filtre est le même que celui d'un filtre classique à résonateurs couplés ne permettant pas d'obtenir ce résultat, et le coût est sensiblement le même. L'invention propose un filtre hyperfréquence comportant des cou- plages entre tronçons de ligne et des moyens de réglage, les tronçons de ligne étant 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 à une troisième face de la cavité, -la cavité comprenant une quatrième face parallèle à la première supportant les moyens de réglage et enfermant les tronçons de ligne avec les autres faces, principalement caractérisé en ce que le filtre comprend au moins une plaque allongée conductrice et souple en regard des tronçons de ligne, solidaire et reliée électriquement par l'une de ses extrémités à un premier tronçon de ligne, reliée et isolée électriquement de la quatrième face par l'autre extrémité, s'étendant parallèlement à la quatrième face et perpen- diculairement aux tronçons de ligne, l'extrémité reliée au premier tronçon étant repliée vers ce tronçon, l'autre extrémité étant repliée et présentant un repli plat en regard d'un deuxième tronçon non adjacent au premier pour opérer un couplage secondaire entre ces deux tronçons 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 l'extrémité reliée à la quatrième face et le repli plat; et en ce que les moyens de réglage comportent une vis isolante dont le corps est vissé à l'intérieur d'un trou fileté appartenant à la quatrième face reliant cette dernière à la-plaque en s'appuyant sur le repli plat afin de transmettre un mouvement de translation vertical à ce repli plat et ainsi de modifier la distance entre le repli plat de l'extrémité de la plaque et le deuxième tronçon de ligne. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante et au regard des figures annexées. Bien entendu la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente un filtre selon l'invention. La figure 2 représente une coupe schématique du filtre de la figure 1. Les filtres hyperfréquence comportant des couplages entre tronçons de ligne et des moyens de réglage sont généralement réalisés en diffé- rentes 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 que l'on désire obtenir Dans cette description on se limitera à une technologie et à un mode de réalisation particulier, l'invention pouvant s'appliquer aux autres technologies. Le filtre représenté sur la figure 1 correspond à une réalisation de filtre en peigne et est constitué par un boîtier 1 métallique servant de cavité résonnante, à l'intérieur duquel sont placés un ensemble de tronçons de ligne référencés R, R,, Rn parallèles entre eux Ces tronçons de ligne sont des résonateurs tubulaires pour l'exemple décrit Le nombre de résonateurs est variable et fonction de la réponse en fréquence que l'on désire avoir, ce nombre permet notamment de déterminer le nombre de pôles de la réponse amplitude/fréquence Le filtre comporte une première face correspondant au fond 2 du boîtier 1; une deuxième, et une troisième faces perpendiculaires à la première et correspondant respectivement au côté 3 et 4 du boîtier I et une quatrième face correspondant au capot 5 Le filtre comporte de plus un adaptateur d'impédance ZE pour le signal d'entrée et un adaptateur d'impédance ZS pour le signal de sortie Chaque résonateur est fixé au côté vertical 3 du boîtier, par une extrémité, et est relié électriquement à une troisième face, correspondant au côté vertical opposé 4 au moyen d'un couplage capacitif réalisé dans cet exemple par une tige filetée conductrice référencée respectivement Ci, Cj, , Cn, qui pénètre en partie à l'intérieur du résonateur considéré Chaque tige est accessible de l'ex- térieur 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 correspondant au côté proche du champ électrique nul L'adaptateur d'impédance d'entrée ZE est un tronçon de ligne conducteur placé en amont du premier résonateur R Cet adaptateur ZE est relié à l'entrée E par l'une de ses extrémités et est relié à la masse par l'autre extrémité Une 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 R 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 de fréquences de filtrage d'un tel filtre peut aller de 500 M Hz jusqu'à quelques G Hz Pour les filtres en microbande ou interdigité ce domaine de fréquences peut aller d'une fréquence relativement infé- rieure à 500 M Hz à une fréquence relativement supérieure à 1 G Hz, soit de 100 M Hz à quelques G Hz. Dans une réalisation particulière on a choisi par exemple une fré- quence centrale F c de l'ordre de 825 M Hz et une bande passante utile d'environ 10 % de la fréquence centrale, d'autre part on a choisi une réponse amplitude/fréquence selon Tschebycheff, présentant donc un minimum d'ondulation dans la bande utile qui est définie par les fré- quences de coupures F c + A F/2 et Fc AF/2 ou A F est la bande passante du filtre Le rapport entre le diamètre des résonateurs (dans le cas de résonateurs tubulaires) et la distance entre le capot 5 et le fond 2 du filtre permet d'obtenir un optimum de surtension Des couplages primaires Mi j apparaissent entre résonateurs adjacents, ils sont généralement capacitifs et fonction de la distance séparant les deux résonateurs adjacents R et R On choisit cette distance de façon à obtenir la fonction de couplage désirée correspondant au gabarit du filtre que l'on s'est fixé et qui se traduit sur la courbe amplitude/fréquence par des pentes plus ou moins raides hors bande. Les références identiques sur les figures 1 et 2 indiquent les mêmes éléments On se réfère maintenant à la figure 2. Une plaque conductrice souple 6 parallélépipédique, de forme allongée et de dimensions déterminées relatives à celles du filtre, est placée à une distance D au-dessus des résonateurs, dans un plan perpendi- culaire aux résonateurs et parallèlement au capot 5 La distance D est suffisamment grande pour qu'il n'y ait pas de couplage avec les réso- nateurs non désirés Les extrémités 7 et 8 de la plaque sont recourbées et présentent des replis plats 9 et 10 chacune face à un résonateur respectivement Ri et Rn Les deux résonateurs Ri et Rn concernés ne sont pas adjacents L'une des extrémités 7 est solidaire d'un premier réso- nateur, par exemple Ri, par soudage du repli plat 10 sur ce résonateur La plaque 6 se trouve donc reliée électriquement à ce résonateur Ri L'autre extrémité 8 de la plaque a son repli plat 9 situé à une distance d audessus du résonateur Rk (la distance d est inférieure à la distance D). Le repli plat 9 est solidaire et isolé électriquement du capot 5 En effet le capot est muni d'au moins un trou fileté 12 a situé face au résonateur Rk Le trou fileté 12 a traverse de part et d'autre le capot 5 et permet le passage d'une vis isolante 12 La tête 12 b de la vis 12 se trouve à l'extérieur du filtre, son corps 12 c est vissé dans le trou 12 a et son extrémité 12 d se trouve en contact avec le repli plat 9 de la plaque Ce contact est guidé au moyen d'un pivot Il fixé au repli plat 9, perpen- diculaire à ce repli plat et pénétrant à l'intérieur de la vis 12 dans un logement réalisé à cet effet. La vis 12 permet donc en la vissant ou en la dévissant et grâce à la souplesse et à l'élasticité de la plaque 6, de rapprocher ou d'éloigner l'extrémité 8 de la plaque 6 du résonateur Rk et ceci afin de faire varier le couplage Mi 4 k réalisé entre le résonateur Ri et le résonateur Rk Ce couplage est appelé couplage secondaire M k L'une des extrémités de chaque résonateur, par exemple celles qui sont reliées par couplage au côté vertical 4, sont soumises à un potentiel V, les autres extrémités c'est-à-dire celles qui sont reliées au côté vertical 3 sont-soumises à un potentiel nul. Le champ électrique est maximum aux extrémités soumises au potentiel V et minimum aux extrémités soumises à la masse Plus la plaque conductrice souple 6 est proche du champ électrique maximum et plus le couplage secondaire qu'elle réalise entre les deux résonateurs Ri et Rk sera grand et plus cette plaque se rapproche du champ électrique nul, plus le couplage secondaire M k entre ces deux résonateurs considérés sera faible. Le choix des résonateurs sur lesquels on effectue le couplage secondaire afin d'obtenir un affaiblissement infini à une fréquence donnée est déterminé à l'aide de matrices de couplage obtenues par une méthode classique de synthèse des filtres. La plaque est fixée du côté o le champ électrique est grand; ceci a pour effet pour une distance d donnée, d'avoir un couplage secondaire élevé et ainsi d'avoir une pointe d'affaiblissement infini proche de la bande utile du filtre ce qui se traduit sur la courbe de réponse en fréquence par une pente raide. La position de la plaque 6 par rapport au champ électrique étant fixée, on peut agir ensuite sur le couplage Mi k en faisant varier la distance d comprise entre l'extrémité 8 de la plaque 6 et plus exactement entre -le repli plat 9 de cette plaque et le résonateur considéré -Rk On fait varier cette distance d entre l'extrémité 8 et le résonateur Rk en vissant ou en dévissant la vis 12 afin d'augmenter ou de diminuer le couplage secondaire Mi k pour déplacer la pointe d'affaiblissement infini (obtenue par couplage secondaire) dans une bande de fréquences comprises entre la fréquence de coupure du filtre délimitant la bande utile et une fréquence supérieure à cette fréquence de coupure. Dans cette description on s'est limité à l'utilisation d'une seule plaque conductrice souple, il est bien entendu que pour obtenir plusieurs couplages secondaires on utilise plusieurs plaques conductrices souples et que de ce fait on obtient plusieurs pointes d'affaiblissement infini que l'on fait varier ensuite en fréquence à l'aide des vis isolantes en appuyant sur l'extrémité libre de chaque plaque. Les dimensions de chaque plaque sont relatives aux dimensions du filtre, à l'écartement entre les résonateurs qu'on désire coupler et au nombre de plaques conductrices utilisées, ce nombre de plaques dépendant du nombre de pointes d'affaiblissement infini qu'on désire obtenir hors bande pour avoir une réponse pseudo-elliptique. Ainsi la fixation de telles plaques conductrices souples permet de réaliser des couplages secondaires entre résonateurs non adjacents et ainsi d'avoir et de déplacer de manière continue une ou plusieurs pointes d'affaiblissement infini aux fréquences désirées, au moyen de vis iso- lantes, pour obtenir une réponse pseudo-elliptique et répondre au gabarit du filtre demandé sans avoir à multiplier par deux les coûts et l'encom- brement d'un tel filtre. REVENDICATIONS 1 Filtre hyperfréquence comportant -des couplages entre tronçons de ligne (Ri-Rn) et des moyens de réglage ( 12), les tronçons de ligne (Ri-Rn) étant 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 ( 1), la cavité ( 1) comprenant une quatrième face ( 5) parallèle à la première supportant les moyens de réglage ( 12) et enfermant les tronçons de ligne avec les autres, faces,, caractérisé en ce que le filtre comprend au moins une plaque ( 6) allongée conductrice et souple en regard des tronçons de ligue (R -R), solidaire et reliée électriquement par l'une de ses extrémités ( 7) à un premier tronçon de ligne (Ri), reliée et isolée électriquement de la quatrième face ( 5) par l'autre extrémité ( 8), s'étendant parallèlement à la quatrième face ( 5) et perpendiculairement aux tronçons de ligne (R-Rn), l'extrémité reliée au premier tronçon (Ri) étant repliée vers ce tronçon (R), l'autre extrémité ( 8) étant repliée et présentant un repli plat ( 9) en regard d'un deuxième tronçon (Rk) non adjacent au premier (Ri) pour opérer un couplage secondaire entre ces deux tronçons (Ri, Rk) et déterminer une pointe d'affaiblissement infini-à une fréquence déterminée par la position de la -plaque ( 6) le long des tronçons de ligne et par la distance (d) entre l'extrémité ( 8) reliée à la quatrième face,( 5) et le repli plat ( 9); et en ce que les moyens de réglage ( 12) comportent une vis isolante ( 12) dont le corps ( 12 c) est vissé à l'intérieur d'un trou fileté ( 12 a) appartenant à la quatrième face ( 5) reliant cette dernière à la plaque ( 6) en s'appuyant sur le repli plat ( 9) afin de transmettre un mouvement de translation vertical à ce repli plat ( 9) et ainsi de modifier la distance entre le repli plat ( 9) de l'extrémité ( 8) de la plaque ( 6) et le deuxième tronçon de ligne (RQ. 2 Filtre hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité ( 7) de la plaque ( 6) reliée au premier résonateur (R) présente un repli plat ( 10) soudé à ce premier résonateur (R). 3 Filtre hyperfréquence selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la vis ( 12) possède un logement à son extrémité ( 12 d) dans lequel vient se loger un pivot ( 11) fixé et perpendiculaire au repli plat ( 9). 4 Filtre hyperfréquence selon les revendications 1 ou 2 ou 3, caractérisé en ce que la plaque ( 6) est de forme parallélépipédique. Filtre hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tronçons de ligne (Ri-Rn) sont des résonateurs tubulaires.