Brevet FR2532480A1 — publié le 19840302

L'invention concerne un filtre coaxial pour hautes puissances IfF, se composant d'un pot de filtre, dont la plaque de court-circuit présente une forure dans laquelle un plongeur cylindrique d'accord quart d'onde est guidé de façon à établir le contact et peut être bloqué au moyen d'un collier de serrage. De tels filtres sont nécessaires pour de multiples usages en relation avec des émetteurs VHF et, en particulier, UKF, pour lesquels on utilisait fréquemment, jusqu'à maintenant, des filtres construits à la manière de guides d'ondes, lesquels sont toutefois très coûteux et compliqués, notamment en ce qui concerne l'accord. A titre de domaine d'application typique, on citera des filtres sépdrateurs- ou filtres d'aiguillage image-son pour des émetteurs de télévision fonctionnan-t dans la bande IV/V (450 ... 860 Iz) avec une puissance d'au moins quelques kilowatts. Comme on le sait, de tels filtres d'aigui-l.Lage imageson servent au raccordement de l'émetteur d'image et de l'émetteur de son à la ligne coaxiale d'alimentation de l'antenne commune en respectant leur découplage mutuel. Les filtres utilisés à cet effet (ordinairement. deux circuits passe-bande à deux circuits) doivent présenter une petite largeur de bande et une pente très forte du flanc.Alors que ces exigences peuvent etre satisfaites avec des filtres coaxiaux construits de la manière définie dans le préambule, il s'est révélé que l'on rencontre des difficultés considérables à maintenir avec la précision nécessaire la fréquence d'accord ou fréquence centrale, du fait que l'échauffement des éléments du filtre, variable en fonction de la puissance de l'émetteur, donne -lieu à des variations, dépendant de la température, des dimensions de ces éléments qui déterminent la fréquence de résonance. L'invention a pour but de fournir un filtre coaxial du type défini dans le préambule, qui conserve presque sans changement sa fréquence d'accord, réglée à l'état froid, sur toute l'étendue d'une large gamme de température et, par suite, sur toute l'étendue d'une large gamme de puissance de l'émetteur. Ce but est atteint d'après l'invention par le fait qu'un premier élément de compensation de température, situé dans le volume HF, compense la flexion de la plaque de court-circuit du pot se produisant immédiatement après la mise en circuit, et par le fait qu'un second élément de compensation de température, situé dans le plongeur qui estréalbsé sous forme de cylindre creux, et ayant une constante de temps qui est adaptée à la constante de temps de l'échauffement uniforme de la plaque de court-circuit du pot, compense au moins partiellement l'effet du premier élément de compensation de température. Par ces dispositions, on empêche la dérive de la fréquence d'accord qui se produit, lors de l'application d'une haute puissance HF, en consequence de l'échauffement diversement rapide et, par suite, de la dilatation diversement prononcée des éléments de construction du filtre. D'après un mode de réalisation préféré, le premier élément de compensation de température peut être un élément bimétallique. Celui-ci peut être, soit réalisé sous forme de disque fixé à l'extrémité inférieure du plongeur, soit constitué par un élément disposé dans le volume HF et fixé à la paroi intérieure du pot, élément qui modifie la distribution du champ dans le sens d'une compensation du désaccord de la fréquence de résonance. Comme on a pu le constater, le lieu d'installation et la grandeur de l'élément bimétallique, qui sont necessaires pour parvenir à une compensation du;désaccord produit par la flexion initiale de la plaque de court-circuit du pot, peuvent être déterminés empiriquement de manière relativement aisée. D'autre part, le second élément de compensation de température est constitué avantageusement par une tige dsaccord qui est fixée par l'une de ses extrémités à l'extrémité inférieure du plongeur, est maintenue dans la région de son autre extrémité par le collier de serrage et est faite d'une matière qui compense au moins partiellement l'effet du premier élément de compensation de température. La tige d'accord compense ainsi le déplacement de position de l'extrémité inférieure du plongeur, qui se produirait autrement après que la plaque de court-circuit du pot a été complètement é-chauf fée uniformément et, en conséquence, a repris sa forme plane. En raison des différents matériaux et dimensions des différents éléments de construction du filtre, une compensation des dilatations par les dispositions décrites ci-dessus ne peut être obtenue que dans les limites d'une certaine gamme de température fixe. Pour le cas out cette gamme de température serait dépassée, notamment par suite de puissances-plus élevées de l'émetteur, il est opportun de prévoir, en tant que mesure de compensation supplémentaire, que le collier de serrage prenne appui sur la plaque de court-circuit du pot par l'intermédiaire de tiges, dont le coefficient de dilatation thermique est choisi de telle sorte que les dilatations thermiques persistant après la mise en marche soient compensées. Afin d'obtenir le maximum possible de ;stabilité thermique, il-est avantageux que le pot, y compris sa plaque de court-circuit, soit fait d'une pièce moulée en fonte d'un seul tenant. Dans le cas où par exemple un aiguillage est composé de plusieurs filtres de ce genre, il est conseillé sans réserve, pour la même raison1 de réaliser les pots de tous les filtres sous forme de pièce moulée en fonte d'un seul tenant Pour le maintien de la fréquence de résonance indépendamment de la température, il est par ailleurs nécessaire qu'il existe une bonne mise contact du plongeur d'accord, constituant le conducteur intérieur quart d'onde, avec la plaque de court-circuit, afin d'obtenir une montée de la température aussi uniforme que possible et distribuée sur une grande surface.A cet effet, le plongeur doit prendre contact sur la zone la plus longue posSible pour la plus courte longueur d'onde prescrite, ce qui assure en même temps une température finale aussi basse que possible après la mise en marche. Pour y parvenir, le plongeur est en contact avec la forure du pot par l'intermédiaire d'une douille qui, à son extrémité inférieure, est réalisée sous forme de douille de contact à ressort qui comporte plusieurs fentes, est appliquée sur le plongeur et présente un épaulement annulaire situé à I'extérier, épaulement par lequel elle prend appui sur un collet annulaire de la plaque de court-circuit, formé dans la forure du pot, et la douille comporte à son extrémité supérieure une bride annulaire, par laquelle elle est fixée par serrage à la~plaque de court-circuit du pot. Une amélioration supplémentaire de cette forme de réalisation consiste en ce que la douille comporte, à la hauteur de la plaque de court-circuit du pot, des lamelles supplémentaires de contact avec le plongeur. I1 va de soi qu'une condition préalable pour que les mesures mentionnées permettent d'obtenir effectivement uné constance élevée de la fréquence, indépendamment de la température, est que le filtre ait une stabilité mécanique suffisamment élevée. Mai.s cela ne doit pas être au détriment de la simplicité et de la rapidité de l'exécution de l'accord grossier et de l'accord fin. A cet effet, il est prévu que le collier de serrage comporte un filetage intérieur, dans lequel est vissée une douille filetée fendue qui présente une forure dans laquelle la tige d'accord est guidée de manière serrable et est bloquée, avec la douille filetée, lors du serrage du collier. Dans ces conditions, l'accord grossier peut être effectué par déplacement de la tige d'accord et l'accord fin par rotation de la douille filetée dans le collier de serrage. L'accord grossier peut être fixé par le fait que, à la douille filetée, est accouplé à rotation un manchon de serrage comportant une forure dans laquelle la tige d'accord est guidée de manière serrable. L'accord grossier est particulièrement simple lorsque la tige d'accord est munie de forures transversales destinées à recevoir un goujon d'arrêt pour l'accord grossier. Un exemple de réalisation du filtre coaxial suivant l'invention est illustré par les dessins ci-annexés. La fig. 1 est une vue partielle en coupe longitudinale du filtre. La fig. 2 e-s-t une vue de dessus de la douille filetée, suivant la flèche II de la fig. 1. La fig. 3 est une vue de dessus des éléments du filtre qui servent au guidage et au blocage de la tige d'accord. La fig. 4 est une vue de dessus des mâchoires de serrage, le manchon de serrage ayant été omis. Le filtre coaxial suivant la fig. 1 se compose d'un pot de filtre qui n'est representé qu'en partie et qui constitue, avec la plaque de court-circuit 1, une pièce moulée en fonte d'un seul tenant La plaque de court-circuit 1 comporte une forure centrale, sur le pourtour de laquelle sont disposées, à intervalles de 1200, trois tiges 2 qui portent un collier de serrage fendu 3 avec sa vis de serrage 3a (voir aussi la îig. 3) Dans le collier de serrage 3, un plongeur d'accord quart d'onde 4, en forme de cylindre creux, es-t guidé au moyen d'une tige d'accord 5 et est fixé par suite du vissage de la vis de serrage 3a, d'une manière qui sera expliquée plus précisément ci-après.A cet effet, le collier de serrage 3 comporte un filetage intérieur, dans lequel est vissée une douille filetée fendue 6, presentant une forure dans laquelle la tige d'accord 5 est guidée de manière serrable. On peut faire tourner la douille filetée 6 au moyen d'un levier d'accord 6a. Du coté supérieur sont vissées, sur la douille filetée 6, deux mâchoires de serrage 7 (cf. également les fig. 3 et 4), qui s'engagent, par un épaulement annulaire dirigé vers l'intérieur, dans une gorge annulaire d'un manchon de serrage fendu 8 qui est placé au-dessus et qui est muni d'une vis de serrage Ca (cf. fig. 3)D La manchon de serrage 8 présente également une forure, dans laquelle la tige d'accord 5 est guidée de manière serrable. Pour l'accord grossier, puis fin, le manchon de serrage 8, la douille filetée 6 et le collier de serrage 3 coopèrent de la manière suivante les vis de serrage 3a et 8a étant déserrées, le plongeur d'accord 4 est positionné approximativement à la profondeur de pénétration correcte dans le pot de filtre, au moyen de la tige d'accord 5 qui comporte à cet effet un bouton moleté 5a, Cette opération est facilitée par des forures transversales 5b qui sont pratiquées dans la tige d'accord 5 et dans lesquelles on peut insérer un goujon d'arrêt. La tige d'accord 5 est bloquée dans la position d'accord grossier par vissage de la vis de serrage 8a dans le manchon de serrage 8.Pour l'accord fin, auquel on procède ensuite à l'aide d'un générateur détalonné, on fait tourner la douille filetée 6 au moyen du levier d'accord 6a, par rapport au collier de serrage 3, jusqu'à ce que la fréquence de résonance spécifiée soit atteinte. Dans ces conaitions, les machoires de serrage 7 entraînent le manchon de serrage 8 en direction axiale, sans le faire tourner en direction circonfêrentielle par rapport au collier de serrage 3. A la suite du vissage de la vis de serrage 3a, la tige d'accord 5 est également fixée de façon immuable dans la douille filetée fendue 6. La valeur d'accord trouvée peut être lue sur une couronne graduée 9 et un cylindre gradué 10. Il est particulièrement important, dans un filtre de ce aenre, qu'il existe un bon contact entre le plongeur d'accord 4 et la plaque de court-circuit 1 qui est faite de fonte d'alliage léger et, pour cette raison, établit difficilement le contact. En même temps, dans le but de réduire au minimum la résistance de contact, on doit s'efforcer d'établir le contact sur le segment le plus long possible du plongeur d' accord 4, en tenant compte de la plus courte longueur d'onde de service. De ce fait, l'échauffement est maintenu à un bas niveau et il se distribue uniformément sur une grande surface. A cet effet, la plaque de courtcircuit 1 est rabattue vers l'intérieur en forme de tube dans la région de sa forure.D'autre part, entre le plongeur d'accord 4 et la paroi de la forure de la plaque de court-circuit 1, est intercalée une douille cylindrique il en une matière élastique, de préférence un bronze argenté, qui est réalisée, à son extrémité inférieure, sous forme de douille de contact à ressort lla, comportant plusieurs fentes, qui est appliquée sur le plongeur 4 et qui est munie d'un épaulement annulaire extérieur. Par cet épaulement annulaire, la douille 11 prend appui sur un collet annulaire la, formé à l'extrémité intérieur de la forure de la plaque de court-circuit 1.L'autre extrémité de la douille 11 comporte une bride annulaire llb qui peut être fixée par serrage, au moyen de vis, contre la plaque de court-circuit 1, de telle manière qu'il en résulte, dans la région de la douille de contact à ressort Ila, la pression de serrage voulue sur le pourtour extérieur du plongeur 4. En plus, à peu près au niveau de la plaque de court-circuit 1, la douille il comporte une gorge annulaire peu profonde, dans laquelle est insérée -unebague à lamelles de contact 12, par exemple en bronze argenté elle aussir établissant ainsi un second contact annulaire avec le plongeur 4. Lorsqu'une puissance HF suffisamment élevée est appliquée au filtre décrit ci-dessus, il se produit, en raison des pertes inévitables, un échauffement qui donne lieu à des déformations des différents-éléments de construction du filtre. Il faut ici faire la distinction entre les déformations qui sont imputables à un échauffement non uniforme pendant la mise en service du filtre, et les déformations que l'on observe aussi après la mise en marche, c'est-à-dire après qu'a été atteinte une distribution c de température qui reste constante dans le temps. Toutefois, les deux types de déformations se traduisent par des désaccords du filtre qui sortent ne-ttement des limites étroites admissibles, en l'absence de mesures de compensation.Or, dans le cas du filtre ici proposé, il est pris toute une série de mesures de compensation qui interviennent, avec des constantes de temps différentes, de telle manière qu'aussi bien le désaccord initial dû à l'échauffement non uniforme, que le désaccord persistant après la mi-se en marche sont exclus Immédiatement après l'application de puissance HF, c'est en premier lieu la paroi interne de la plaque de court-circuit 1 qui s'échauffe le plus, conformément à la distribution du courant. Cela se traduit par une flexion vers le bas de la plaque de court-circuit 1 à la manière d'une membrane, si bien que la partie active du plongeur d'accord pénètre un peu dans le volume intérieur HF du pot. A titre de mesure de compensation, il est disposé, sur la face frontale inférieure du plongeur d'accord 4, un disque de bimétal 13, dont la distance à la face frontale et dont le diamètre et l'épaisseur sont déterminés empiriquement de telle manière que son bombement, a la manière d'une membrane, qui se produit en conséquence de l'échauffement et par lequel ses bords libres se rapprochent de la face frontale du plongeur 4, raccourcissent électriquement le plongueur 4, dans une mesure égale à celle de son allongement apparent, du à la flexion de la plaque de court-circuit 1. L'échauffement de l'ensemble du'pot et, par suite, de sa plaque de court-circuit I se poursuivant, la flexion initiale disparaît. Ainsi, du point de vue électrique, le plongeur 4 se raccourcit. Mais le bombement du disque de bimétal 13 est maintenu. L'effet de raccourcissement électrique, produit par le disque de bimétal 13, doit donc être annulé, mais de façon partielle seulement, puisque le plongeur 4 s'est maintenant échauffé lui aussi et qu'il a ainsi subi lui-même une certaine dilatation en longueur. Cette compensation s'effectue au moyen de la tige d'accord 5 qui, à cet effet, est faite d'une matière choisie de manière adaptée : selon les conditions de longueur et la puissance nominale HF, il peut s'agir d'acier, d'invar, de céramique ou de quartz.Etant donné qu'en raison de sa situation dans le volume intérieur du plongeur 4- à l'abri de la HF, la tige d'accord 5 s'échauffe beaucoup plus lentement que le plongeur 4 et la plaque de court-circuit 1, cet effet de-compensation se produit avec une constante de temps nettement plus longue que celle du disque de bimétal 13. En cas de puissance HF particulièrement élevées, ainsi qu'en fonction de la gamme de fréquences de service pour laquelle le filtre est dimensionne et, par suite, en fonction de ses dimensions mécaniques, il-peut arriver que la compensation recherchée ne puisse pas être obtenue complètement avec la tige d'accord 5, car il faut tenir compte, lors du dimensionnement de cette tige, aussi bien des constantes de temps différentes d'échauffement de la plaque de court-circuit 1 et de la tige 5, que de la mesure du changement de longueur à compenser qui persiste encore après la mise en marche. Une éventuelle erreur résiduelle peut être alors compensée par le choix d'une longueur appropriée et d'une matière appropriée pour les tiges 2 qui portent le collier de serrage 3. - REVENDICATIONS 1. Filtre coaxial pour hautespuissances HF, se composant d'un pot de filtre, dont la plaque de court-circuit comporte une forure dans laquelle un plongeur d'accord quart d'onde, de forme cylindrique, est guidé de façon à établir le contact et peut être bloqué au moyen d'un collier de serrage, caractérisé en ce qu'un premier élément de compensation de température (13), situé dans le volume HF, compense la flexion de la plaque de court-circuit (1) du pot se produisant immédiatement après la mise en circuit, et en ce qu'un second élément de compensation de température (5), situé dans le plongeur (4) qui est réalisé sous forme de cylindre creux, et ayant une constante de temps qui est adaptée à la constante de temps de l'échauffement uniforme de la plaque de court-circuit (1) compense au moins partiellement l'effet du premier élément de compensation de température (13). 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de compensation de température (13) est un élément de bimétal. 3. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de bimétal est un disque (13) fixé à l'extrémité inférieure du plongeur (4). 4. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de bimétal est constitué par au moins un élément disposé dans le volume HF et fixé à la paroi intérieure du pot, élément qui modifie la distribution du champ dans le sens d'une compensation du désaccord de la fréquence de résonance. 5. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1à4, caractérisé en ce que le second élément de compensation de température est constitué par une tige d'accord (5) qui est fixée par l'une de ses extrémités à l'extrémité inférieure du plongeur (4), est maintenue dans la région de son autre extrémité par le collier de serrage (3) et est faite d'une matière qui compense, au moins partiellement, l'effet du premier élément de compensation de température (13) 6 Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le collier de serrage (3) prend appui sur la plaque de court-circuit (1) du pot par l'intermédiaire de tiges (Z) dont le coefficient de dilatation thermique est choisi de telle manière que les dilatations thermiques qui persistent après la mise en marche soient compensées. 7. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à, caractérisé en ce que le pot, y compris sa plaque de courtcircuit (1), est fait d'une pièce moulée en fonte d'un seul tenant 8. Filtre selon l'une quelconque des revendications là 7, caractérisé en ce que le plongeur (4) est en contact avec la forure du pot par l'intermédiaire d'une douille (11) qui, à son extrémité inférieure, est réalisée sous forme de douille de contact à ressort (lla) qui comporte plusieurs fentes, est appliquée sur le plongeur et présente un épaulement annulaire du côte extérieur, épaulement par lequel elle prend appui sur un collet annulaire (la) de la plaque de court-circuit (1), formé dans la forure du pot, et en ce que la douille (11) comporte à son extrémité supérieure une bride annulaire (1 lob), par laquelle elle est fiée par serrage à la plaque de courtcircuit (1) du pot. 9. Filtre selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'à la hauteur de la plaque de court-circuit (1) du pot, la douille (11) comporte des lamelles supplémentaires de contact (12) avec le plongeur (4). 10. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le collier de serrage (3) comporte un filetage intérieur dans lequel est vissée une douille filetée fendue (6) qui présente une forure dans laquelle la tige d'accord (5) est guidée de manière serrable et est bloquée, avec la douille filetée (6), lors du serrage du collier (3). 11. Filtre selon la revendication 10, caractérisé en ce que, à la douille filetée (6), est accouplé à rotation, un manchon de serrage (8) comportant une forure dans laquelle la tige d'accord (5) est guidée de manière serrable. 12. Filtre selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, caraetérisé en ce que la tige d'accord() est munie de forures transversales; (5b) destinées à recevoir un goujon d'arrêt pour -l'accord grossier.