Brevet FR2509535A1 — publié le 19830114

FILTRE HYPERFREQUENCE COMPORTANT DES TRONCONS DE LIGNE COUPLES ET DES MOYENS DE REGLAGE La présente invention se rapporte aux filtres hyperfréquence comportant des tronçons de ligne couplés et des moyens de réglage, à constantes réparties, du type passe bande, ces filtres se présentant 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 en bande affaiblie. Généralement pour obtenir un affaiblissement très important de l'ordre de 90 à 100 dB 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 dB, elles correspondent à des pointes infinies qu'on ne peut voir sur cette 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'utilisati3n de filtres en peigne repliés, dans lesquels les résonateurs 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 côtés de l'ordre du 100ième 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 doubles. Un deuxième inconvénient apparait lorsque on veut déplacer les pointes d'affaiblissement infini dans une bande de fréquences prises en dehors de la bande utile. Une réalisation mécanique déjà connue, consiste à faire varier l'enfoncement d'une vis dans des iris de couplages, mais cette réalisation présente certains handicaps et estrelativement coûteuse. Pour remédier à ces problèmes la présente invention propose un filtre comportant des tronçons de ligne couplés et des moyens de réglage, permettant d'obtenir un affaiblissement de l'ordre de la - centaine de décibels pour des fréquences variant de façon continue en dehors de la bande utile du filtre, l'encombrement du filtre étant le même que celui d'un filtre à résonateurs couplés classique et le coût étant sensiblement le même. L'invention propose un filtre hyperfréquence comportant des tronçons de ligne et des moyens de réglage, les tronçons de ligne étant 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 - à une troisième face de la cavé, 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, caractérisé en ce que la quatrième face comporte en regard des tronçons de ligne au moins urre ptaqux::-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 respectivernent vers un premier et un deuxième tronçons de ligne non adjacents 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 ses extrémités et les tronçons vers lesquels elles se replient ; et en ce que les moyens de réglage sont constitués par un condensateur variable dont une première armature est reliée à la quatrième face et dont une deuxième armature est reliée à l'une des extrémités de la plaque. 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 1 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 comportant des tronçons de ligne et des résonateurs couplés 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 résonnante 1 métallique à l'intérieur de laquelle sont placés un ensemble de conducteurs en tronçons de ligne qui sont des résonateurs Ri, Rj, ...Rn, parallèles entre eux. 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 de ce boîtier et les résonateurs sont tubulaires. 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. Le filtre comporte en plus de façon classique un adaptateur d'impédance ZE pour adapter le signal d'entrée et 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 bottier, 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 pas des tiges filetées conductrices référencées respectivement Ci...Cn qui pénètrent en partieà l'intérieur du résonateur. 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. Une entrée É 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 Ri. Cet adaptateur ZE est relié à l'entrée E par l'une de ses extrémité 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 Rn. Cet adaptateur ZS est relié à la sortie S par l'une des 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 GHz. Pour les filtres en microbande ou interdigités et autres, le domaine des fréquences peut être relativement inférieur à 500 MHz et relativement supérieur à 1 GHz soit 10-0 MHz à quelques GHz. La bande passante utile de tells 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. On choisit un filtre-dont Fc est la fréquence centrale et A F la bande passante. La bande passante utile est limitée par les fréquences Fc +au/2 et Fc dF/2. 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 5 et le fond 2, permet d'obtenir un optimun de surtension. Les résonateurs présentent des couplages primaires Mi,j 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 fonction de couplage désirée correspondant au gabarit du filtre qu'on s'est fixé et qui se traduit sur la courbe amplitude/frëquence (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-ci, c'est-à-dire encore sur la face en regard des résonateurs Ri, Rj...Rn, d'au moins une plaque conductrice 6 de forme allongée solidaire de ce capot 5 mais sans être en contact directement avec Jui. La plaque 6 est métallique et parallélèpipèdique dans cet exemple de réalisation. Le contact est réalisé par l'intermédiaire d'entretoises intercalées entre la plaque 6 et le capot 7. Ces entretoises sont réalisées avec de simples joints non conducteurs 15 et 16. La plaque est fixée perpendlculairement aux résonateurs par deux vis de fixation Il et 12, non conductrices électriquement. Les joints 15 et 16 sont placés autour de chaque vis lu 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 en regard des résonateurs. Deux écrous 13 et 14 sont vissés autour des vis respectivement Il et 12 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 boîtier, 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 Mi, n. Le choix des résonateurs s ur lesquels on effectue le couplage secondaire afin d'obtenir un affaiblissement infini à une fréquence donnée et 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 du bottier I et présentent des replis plats 9 et 10 en regard des résonateurs à coupler. La distance d existant entre les replis plats 9 et lrj, et les résonateurs correspondants détermine la valeur du couplage secondaire et détermine par conséquent la position en fréquence de la pointe d'affaiblissement 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 à 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 préférable de placer la plaque à proximité du champ électrique maximal, la distance d étant alors choisie maximale, ce maximum permettant encore d'obtenir un couplage très fort et par conséquent une pointe d'affaiblissement infini à la fréquence désirée très proche de la bande utile.La position en fréquence des pointes d'affaiblissement infini ne dépend que de la valeur du couplage secondaire qui lui-même dépend en premier lieu de la distance d et en deuxième lieu de la position de la plaque conductrice par rapport au champ électrique. Lorsqu'on s'est fixé la distance d et la position de la plaque on peut alors agir sur le couplage secondaire au moyen d'un condensateur variable 17 qui relie électriquement l'une des extrémités 8 de la plaque 6 au capot 5. Le condensateur 17 est soudé à la plaque 6 par l'un des fils de connexion 18b et au capot par l'autre fil de connexion 18a. Ce condensateur i7 est place de façon à être accessible de l'extérieur du boîtier 1. Le condensateur variable 17 apparait sur la figure 2 logé dans le capot 5 et solidaire de celui-ci. Le couplage électrique réalisé par ce condensateur 17 est variable et varie en fonction du positionnement de l'armature 17a par rapport à l'armature 17b.Lorsqu'on augmente la surface en vis-à-vis des deux armatures 17a et 17b, la capacité du condensateur 17 augmente, le couplage entre la plaque 6 et le capot 5 augmente, et de ce fait le couplage secondaire Mi,n entre la plaque et le résonateur considéré diminue ce. qui permet d'obtenir des pointes d'affaiblissement infini à des préférences variables et pour des fréquences hors bande plus élevées. lorsqu'on diminue la capacité du condensateur 17, le couplage entre la plaque et le capot diminue, et de ce fait le couplage secondaire Mi,n entre la plaque et le résonateur considéré augmente ce qui permet d'obtenir des pointes d'affaiblissement infini pour des fréquences hors bande plus faible et près des fréquences de coupures délimitant la bande utile du filtre. Les variations de la capacité du condensateur permettent d'obtenir un réglage continu des positions en fréquence des pointes d'affaiblissement infini. Selon une deuxième réalisation les extrémités 9 et 10 de chaque plaque conductrice 6 sont en forme d'anneau 9a conformément à la figure 3. Le rayon de l'anneau est choisi suivant les mêmes critères que la distance d dans la première réalisation pour obtenir une pointe d'affaiblisse ment infini afin d'avoir une réponse pseudo-elliptique. La fixation de telles plaques conductrices (métalliques) permet de réaliser des couplages secondaires entre résonateurs et ainsi d'avoir une ou plusieurs pointes d'affaiblissement infini à des fréquences déterminées, pour obtenir une réponse pseudo-elliptique et répondre au gabarit du filtre demandé, sans avoir à multiplier par deux les coûts et l'encombrement d'un tel filtre ; le condensateur variable 17 reliant l'une des extrémités de chaque plaque au capot permet d'obtenir un réglage continu en fréquence des pointes d'affaiblissement infini. REVENDICATIONS 1. Filtre hyperfréquence comportant des tronçons de ligne (Ri-Rn) et des rnayensde réglages (l7y, les tronçons de ligne (Ri-Rn) étant 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 supportant les moyens de réglage (17) 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 (Ri-Rn) au moins une plaque conductrice (6) allongée solidairé 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) dè 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) le long des tronçons de ligne et par la distance entre ses extrémités (7, 8) et les tronçons vers lesquels elles se replient ; et en ce que les moyens de réglage sont constitués par un condensateur variable (17) dont une première armature est reliée à la quatrième face (5) et dont une deuxième armature est reliée à l'une des extrémités de la plaque (6). 2. Filtre hyperfréquence selon la revendication 1 dont les tronçons de ligne (Ri...Rn) sont des résonateurs ayant des couplages primaires (Mi, donnés dans la bande passante du filtre, caractérisé en ce que les extrémités (7 et 8) de la plaque (6) 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 (9 et 10) de -la plaque conductrice (6) sont en forme d'anneau (9a), chacun de-ces anneaux venant entourer un résonateur (Rn). 4. Filtre hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la plaque conductrice- (6) allongée est de forme parallélépipèdique. 5. Filtre hyperfréquence selon Pune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque conductrice (6) est fixée à la quatrième face (5) à l'aide de vis de fixation (11 et 12) isolantes serrées par des écrous (13,14) placés 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 possède-des entretoises (15 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 sont réalisées par des joints isolants (15 et 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.