Brevet FR2531815A1 — publié le 19840217

FILTRE PASSE-BANDE A RESONATEURS DIELECTRIQUES, PRESENTANT UN COUPLAGE NEGATIF ENTRE RESONATEURS La présente invention se rapporte aux filtres à résonateurs diélectriques dans lesquels au moins un couplage négatif est réalisé entre deux résonateurs; ces filtres ont des courbes amplitude fréquence qui les font appeler, selon les cas, filtres elliptiques ou pseudo-elliptiques ou filtres passe-bande méplats. De tels filtres sont connus; c'est ainsi qu'un article intitulé "Generalized dielectric resonator filters" (voir Comsat technical review, volume 11, numéro 4 de 1981 pages 321-343) décrit des filtres compor- tant des cavités dont le fond est recouvert d'un guide d'ondes à rubans (stripline dans la littérature anglo-saxonne), commun aux cavités et, dans chacune de ces cavités, un résonateur diélectrique isolé du guide d'ondes à rubans par un support diélectrique; les parois communes à deux cavités ne descendent pas jusqu'au guide d'ondes à rubans pour ne pas créer des courts-circuits Dans ces filtres, le couplage entre résonateurs est obtenu grâce au guide à rubans qui comporte pour cela des lignes quart d'onde et des lignes trois quarts d'onde dont les extrémités sont disposées sous les résonateurs à coupler Le coefficient de surtension à vide de ces filtres ne dépasse pas, par exemple, 3 500 à 4,7 G Hz en raison, en particulier, du mode de résonance TE 011 utilisé pour les résonateurs. Le but de la présente invention a été principalement, de proposer un filtre à résonateurs diélectriques présentant au moins un couplage négatif et ayant un coefficient de surtension nettement supérieur au coefficient indiqué ci-avant. Ce résultat est obtenu, en particulier, en utilisant un guide d'ondes rectangulaire replié sur lui-même, en le faisant fonctionner au- dessous de sa fréquence de coupure et en effectuant le couplage négatif à travers la paroi commune aux deux parties repliées du guide. Selon l'invention, un filtre à résonateurs comportant un guide d'ondes rectangulaire et N résonateurs diélectriques (n au moins égal à 4) disposés à l'intérieur du guide, dans lequel un couplage négatif est réalisé 25318 15 entre deux des N résonateurs, est caractérisé en ce que le guide d'ondes fonctionne au-dessous de sa fréquence de coupure et est replié sur lui- même avec une paroi commune à ses deux parties repliées, les deux résonateurs couplés négativement étant situés de part et d'autre de la paroi commune, les dimensions de la section transversale du guide étant de l'ordre de 2 à 2,5 fois les dimensions transversales des résonateurs, et en ce qu'il comporte un fil de couplage pour réaliser le couplage négatif, ce fil traversant la paroi commune à travers un trou et étant, au moins en dehors de ses extrémités, séparé électriquement de la paroi commune. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéris- tiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: la figure 1, un filtre selon l'invention, capât enlevé,. la figure 2, un schéma montrant un résonateur diélectrique, les figures 3, 4 et 5 des vues en coupe relatives au filtre selon la figure 1, les figures 6 à 8 différentes vues d'un second filtre selon l'inven- tion, la figure 9 des résultats graphiques relatifs au filtre selon la figure 6. Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères. La figure l montre un filtre selon l'invention couvercle enlevé Ce filtre est un filtre passe-bande à résonateurs diélectriques, dont les 6 résonateurs, RI-R 6, sont disposés en série dans un guide d'ondes rectangu- laire replié en U qui forme le boîtier, 1, du filtre Les accès AI, A 2 de ce filtre sont constitués par deux prises avec antennes, disposées respective- ment aux deux extrémités du filtre De manière à faire résonner les résonateurs selon le mode TMOII et à faire propager dans le guide un mode TM dont la fréquence de coupure soit supérieure à celle du mode TMOII des résonateurs, les dimensions de la section transversale du guide sont prises de l'ordre de 2 à 2,5 fois plus grandes que les dimensions transversales des résonateurs, dans le cas présent il est question de 2,2. Par ailleurs les antennes des accès AI, A 2 sont dirigées selon la direction de la propagation dans le guide. 25318 1 5 De manière à créer dans le filtre selon la -figure 1 un couplage négatif entre deux résonateurs non-adjacents (RI et R 5) un couplage par fil, 20, est réalisé à travers la paroi commune, 2, qui sépare les deux parties repliées constituant le guide en U Trois exemples de réalisation du couplage par fil 20 seront donnés à l'aide des figures 3 à 5, Le boîtier du filtre selon la figure 1 est assemblé au moyen de vis qui traversent le couvercle non représenté du filtre pour venir se visser dans six trous taraudés, tels que 10, percés dans le bottier du filtre. La figure 2 est un schéma montrant la répartition du champ électromagnétique autour d'un résonateur R pour un mode de résonance du type TMOII; les lignes du champ électrique, Eiont été représentées en traits interrompus fins et les lignes du champ magnétique, h ont été représentées en traits continus fins Le mode de résonance TM 01 I qui a été choisi pour les résonateurs de la figure 1 permet d'obtenir, avec le filtre selon cette figure 1, un coefficient de surtension élevé, supérieure à 4 000. La figure 3, est une vue en coupe, selon l'axe XX indiqué sur la figure 1, du filtre selon la figure 1 Les résonateurs R 2 et R 5 comme d'ailleurs les autres résonateurs du filtre, sont collés sur un support ( 52 pour R 2 et 55 pour R 5) et ce support est lui-même collé sur le fond du guide d'ondes Les supports des résonateurs, tels que 52 et 55, sont réalisés en un matériau diélectrique de constante diélectrique égale à 2,5 alors que la constante diélectrique des résonateurs diélectriques tels que R 2 et R 5 est égale à 36 Dans le cas de la figure 3 le couplage par fil est réalisé par un fil 20 qui se termine par deux antennes Ga, G'a disposées perpendiculairement à la paroi 20 et à mi-hauteur de cette paroi Les deux antennes G et G'a telles qu'elles sont placées au voisinage des résonateurs R 2 et R 5 réalisent un couplage négatif, par les lignes du champ électrique, entre ces deux résonateurs, c'est-à-dire qu'elles ramè- nent une partie de l'énergie du résonateur R 2 en opposition de phase au voisinage du résonateur R 5 ou inversement Ce couplage négatif permet de ramener des pointes d'affaiblissement de part et d'autre de la bande passante du filtre afin de rendre plus raides les flancs de la courbe de réponse amplitude-fréquence du filtre considéré. 25318 1 5 La figure 3 qui vient d'être décrite correspond à un couplage électrique-électrique entre les résonateurs R 2 et R 5 La figure 4 corres- pond à un couplage magnétique-magnétique entre les résonateurs R 2 et R 5; à cet effet les antennes Ga et G'a de la figure 3 sont remplacées par deux boucles Gb, G'b réalisées grâce au fil 20 qui est replié au voisinage de ses extrémités de manière à former deux boucles dans un plan vertical et à venir en contact, avec ses extrémités, sur la paroi 2 Il est à noter que le conducteur 20 n'est en contact électrique avec la paroi 2 qu'à ses extrémités, en effet aussi bien dans le cas de l'exemple de la figure 3 que dans celui de la figure 4 et dans celui de la figure 5 qui sera décrit après, le fil 20, quand il traverse la paroi 2, en est électriquement isolé. La figure 5 est un exemple de réalisation du couplage par fil 20 de la figure l dans lequel le couplage avec le résonateur R 2 est un couplage électrique réalisé au moyen d'une antenne Ga semblable à celle de la figure 3 alors que le couplage avec le résonateur R 5 est un couplage magnétique réalisé au moyen d'une boucle G'b semblable à la boucle G'b de la figure 4. Il est à noter que théoriquement, vu la répartition des lignes du champ magnétique tel que représenté sur la figure 2, les couplages magnétiques par les boucles Gb et G'b des figures 4 et 5 ne peut se faire que si les boucles Gb et G'b sont disposées dans un plan vertical; en pratique il apparaît qu'il est également possible de réaliser ce couplage magnétique avec des boucles disposées différemment et même disposées dans un plan horizontal; ceci est dû au fait que le champ magnétique, HC ne se présente pas exactement comme il est indiqué sur la figure 2 et qu'il subit des déformations dues à la proximité des parois du guide d'ondes si bien qu'une boucle de couplage disposée dans un plan parallèle au fond du boîtier du filtre est quand même traversée par une partie du champ magnétique. Le filtre de la figure 1 est un filtre à 6 pôles constitués par les 6 résonateurs RI à R 6, le filtre qui va être décrit maintenant à l'aide des figures 6 à 9, est un filtre à quatre pôles, conçu sur le même modèle que le filtre selon la figure l. Les figures 6, 7 et 8 montrent respectivement le boîtier du filtre couvercle enlevé, le couvercle du filtre et une coupe du filtre avec son 253 18 1 5 couvercle; la coupe est réalisée selon le plan dont la trace dans la figure 6 est notée YY, et seuls le boîtier 1 avec son couvercle 3 sont représentés coupés Ce filtre à quatre pôles est constitué par un guide d'ondes rectangulaire replié en U avec en série dans ce guide d'ondes quatre résonateurs RI à R 4 et aux extrémités du guide deux accès AI, A 2 constitués chacun par une prise terminée du côté du guide par une antenne de couplage La figure 1 montre les trous taraudés tels que Il qui permettent la fixation du couvercle 3 sur le boîtier 1 du filtre. Comme dans l'exemple précédent représenté sur la figure 1, le filtre selon les figures 6 à 8 est réalisé de manière à faire résonner les résonateurs selon le mode TMO 11 et à faire propager dans le guide un mode TM dont la fréquence de coupure soit supérieure à celle du mode TMOI I des résonateurs Cette façon de faire fonctionner le filtre permet d'obtenir un coefficient de surtension à vide très élevé; elle nécessite comme il a été vu précédemment différentes conditions: le guide d'ondes doit fonctionner au-dessous de sa fréquence de coupure, les antennes des accès du guide doivent être disposées selon la direction de propagation des ondes dans le guide, les résonateurs doivent être disposés en série dans le guide et les résonateurs doivent présenter des dimensions transversales de l'ordre de 2 à 2,5 fois plus petits que les dimensions transversales du guide d'ondes considéré. Les figure 7 et 8 montrent que, outre des trous tels que 10 pour le passage de vis de fixation du couvercle 3 dans les trous taraudés I 1 du boîtier 1, le couvercle 2 comporte quatre autres trous dans lesquels sont fixés des éléments de réglage de la résonance des résonateurs, El à E 4, et cinq trous taraudés à travers lesquels passent des vis d'accord VI à V 5. Les éléments de réglage El à E 4 sont destinés au réglage de la fréquence des résonateurs, ils sont disposés juste au-dessus des résonateurs et sont constitués par un disque en diélectrique qu'une vis également en diélectri- que permet par vissage dans le couvercle 3 d'approcher ou d'écarter à volonté du résonateur au-dessus duquel se trouve l'élément de réglage Les vis d'accord VI à V 5 sont des vis métalliques destinées à permettre de modifier les couplages entre, respectivement, l'antenne de l'accès AI et le résonateur RI, les résonateurs RI et R 2, les résonateurs R 2 et R 3, les résonateurs R 3 et R 4 et le résonateur R 4 et l'antenne de l'accès A 2. 2531 8 1 5 Le filtre représenté sur les figures 6 à 8 est un filtre dans lequel les résonateurs diélectrique ont une constante diélectrique égale à 36 Ce filtre, dont les dimensions du boîtier sont 71,70 x 62 x 30 mm, a été conçu pour fonctionner dans une bande passante dont la fréquence centrale est de 6 720 M Hz; la courbe de réponse amplitude-fréquence de ce filtre est donnée sur la figure 9 Deux courbes sont représentées sur la figure 9: une courbe CI indiquée en trait interrompu qui représente la réponse du filtre sans le couplage par le fil de couplage 20 et une courbe C 2 indiquée en trait plein qui représente la réponse du filtre lorsqu'est introduit le couplage par fil entre les résonateurs RI et R 4 Comme il apparaît sur la figure 9 les flancs de la courbe de réponse du filtre sont devenus beaucoup plus raides autour de la bande passante grâce à l'effet de couplage négatif introduit par le couplage par fil 20; il est également à noter que la bande passante du filtre avec le couplage 20 est plus étroite que celle sans le couplage, ceci est dû au fait que la position des résonateurs RI à R 4 de la figure 6 a été étudiée sans le couplage 20 et n'a pas été modifiée ensuite lorsque le couplage 20 a été introduit Il est possible de donner à la bande passante (avec le couplage 20) une largeur sensiblement équivalente à celle obtenue initialement (sans le couplage 20); pour cela il faut redéfinir la position des résonateurs dans le guide et, par la suite, la position des éléments de réglage (El à E 4) et des vis d'accord (VI à V 5) . L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, c'est ainsi que, par exemple, le nombre de résonateurs peut être supérieur à six et peut être égal à un nombre impair, par exemple cinq ou sept, et qu'alors le guide replié en U sera replié de préférence de telle façon qu'un résonateur se trouve sensiblement dans le prolongement de la paroi commune c'est-à- dire dans la barre horizontale du U Il est également possible de prévoir, par exemple dans le cas de la figure 1, deux couplages par fil: un premier couplage tel qu'indiqué sur la figure 1 qui couple les résonateurs R 2 et R 5 et un deuxième couplage qui couple les résonateurs RI et R 6. 2531815 - REVE Nb LICATIONS 1 Filtre à résonateurs comportant un guide d'ondes rectangulaire ( 1-3) et N résonateurs diélectriques (n au moins égal à 4) disposés à l'intérieur du guide (RI-R 6), dans lequel un couplage négatif est réalisé entre deux (R 2, R 5) des N résonateurs, caractérisé en ce que, le guide d'ondes fonctionne au-dessous de sa fréquence de coupure et est replié sur lui-même avec une paroi ( 2) commune à ses deux parties repliées, les deux résonateurs couplés négativement étant situés de part et d'autre de la paroi commune, les dimensions de la section transversales du guide étant de l'ordre de 2 à 2,5 fois les dimensions transversales des résonateurs, et en ce qu'il comporte un fil de couplage ( 20) pour réaliser le couplage négatif, ce fil traversant la paroi commune à travers un trou et étant, au moins en dehors de ses extrémités, séparé électriquement de la paroi commune. 2 Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil se termine en antenne des deux côtés de la paroi commune (figure 3). 3 Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ace que, de chaque côté de la paroi commune, le fil forme une boucle pour venir en contact à ses extrémités avec la paroi commune (figure 4). 4 Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil se termine en antenne d'un premier c 8 té de la paroi commune et forme, du second côté de la paroi commune, une -boucle, pour venir en contact à son extrémité avec la paroi commune (figure 5).